Máy phát điện sóng biển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM DUY PHƯỢNG
MÁY PHÁT ĐIỆN SÓNG BIỂN
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2019
SKC0 0 6 1 2 1

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2019

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2019

LV ThS: Máy phát điện sóng điện GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
Trang 2
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Phạm Duy Phượng Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 14/01/1973 Nơi sinh: Khánh Hòa
Quê quán: An Mỹ - Tuy An – Phú Yên Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 7/19 Nguy n C ng Tr - phư ng 4 - TP. Tuy
Hòa - Phú Yên
Điện thoại cơ quan: Điện thoại riêng: 090 82727
Fax: E-mail: phamduyphuong1968@gmail.com
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Cao đẳng:
Hệ đào tạo: Th i gian đào tạo từ đến
Nơi học (trư ng, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Tại ch c Th i gian đào tạo từ 09/2004 đến 04/2009
Nơi học (trư ng, thành phố): Trư ng đại học SPKT - HCM
Ngành học: Điện khí hóa - cung c p điện
3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Th i gian đào tạo từ 2017 đến 2019
Nơi học (trư ng, thành phố): Trư ng đại học SPKT - HCM
Ngành học: Kỹ thuật điện

Trang 3
Tên Luận văn tốt nghiệp: Máy phát điện sóng biển
Th i gian & nơi bảo vệ Luận văn: 19/0 /2019 & Trư ng Cao Đẳng C ng Thương
Miền Trung
Ngư i hướng dẫn: PGS.TS.Quyền Huy Ánh
4. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi
cấp:
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Th i gian Nơi c ng tác C ng việc đảm nhiệm
2002 đến nay
Khoa Điện - tự động hóa Trư ng
Cao đẳng C ng Thương Miền
Trung
Giáo viên
Ngày 19 tháng 05 năm 2019
Người khai ký tên
Phạm Duy Phượng

Trang 4
LỜI CAM ĐOAN
T i cam đoan đây là c ng trình nghiên c u của t i.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
c ng bố trong b t kỳ c ng trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 05 năm 2019
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Trang 5
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, t i xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS Quyền Huy Ánh,
ngư i Thầy đã tận tình trực tiếp hướng dẫn, cung c p những tài liệu v cùng quý giá
và dìu dắt t i thực hiện hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Xin chân thành cám ơn đến t t cả Quý Thầy/ Cô đã giảng dạy, trang bị cho
t i những kiến th c r t bổ ích và quý báu trong suốt quá trình học tập cũng như
nghiên c u sau này.
Xin cảm ơn Ban giám hiệu, Quý Thầy/Cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ
Thuật TP. HCM, Khoa Sau đại học, và các bạn cùng lớp đã tạo cơ hội cho t i
thực hiện luận văn này.
Xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo cùng các phòng ban Trư ng Cao đẳng C ng
Thương Miền Trung đã tạo điều kiện tốt nh t trong suốt quá trình học tập.
Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS Bùi Ngọc Dịnh, Trưởng khoa
Tin học - điện tử Trư ng Cao đẳng C ng Thương Miền Trung đã tận tình hướng
dẫn, cung c p tài liệu trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn Thầy TS Nguyễn Trung Thoại, Trưởng khoa Điện -
Tự Động Hóa cùng Quý Thầy/C khoa điện - tự động hóa Trư ng Cao đẳng C ng
Thương Miền Trung đã tạo điều kiện tốt nh t trong suốt quá trình học tập.
Học viên

Trang 6
MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH
DANH MỤC CÁC BẢNG
Chương 1...................................................................................................................... 15
TỔNG QUAN .............................................................................................................. 15
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................................... 15
1.2.TỔNG QUAN VỀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU .................................................... 15
1.2.1 Trong nước................................................................................................... 15
1.2.2. Ngoài nước.................................................................................................. 17
1.3. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI..................................................................... 18
1.4. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI............................................................ 18
1. . Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI............................................................. 19
1.6. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ............................................................................. 19
1.7. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU........................................................................... 19
1.8. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI ..................................... 19
1. Nhiệm vụ nghiên c u........................................................................................ 19
2. Phạm vi nghiên c u .......................................................................................... 19

Trang 7
1.9. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................................................................... 19
1.10. NỘI DUNG LUẬN VĂN................................................................................ 20
Chương 2...................................................................................................................... 21
CÁC LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN SÓNG BIỂN ............................................................ 21
2.1. Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng................................................................ 21
2.1.1. Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng xa b ............................................... 21
2.1.1.1. Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng xa b trực tiếp.............................. 21
1. Máy phát điện từ sóng biển của đại học bang Oregon (Oregon State
University – Mỹ)................................................................................................... 21
2. Máy phát điện từ sóng biển của C ng ty Seabased AB ( Thụy Điển).............. 22
3. Máy phát điện từ sóng biển HEB (Hydro Electric Barrel)............................... 23
2.1.1.2. Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng xa b gián tiếp ............................. 24
1. Máy phát điện từ sóng biển OWAP (Ocean Wave Air Piston)........................ 24
2. Máy phát điện sóng biển SIECAT................................................................... 25
3. Máy phát điện sóng biển Pelamis ..................................................................... 26
2.1.1.3. Ưu điểm và nhược điểm của máy phát điện sóng biển đặt xa b ............ 26
a. Ưu điểm............................................................................................................. 26
b. Nhược điểm ...................................................................................................... 27
2.1.2. Máy phát điện sóng biển gần b ................................................................. 27
1. Máy phát điện sóng biển OWC (Oscillating Water Column) .......................... 27
2. Máy phát điện sóng biển Pendulor ................................................................... 28

Trang 8
3. Máy phát điện sóng biển Oyster và WaveRoller.............................................. 29
4. Ưu điểm và nhược điểm của các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng gần b 30
a. Ưu điểm............................................................................................................. 30
b. Nhược điểm ...................................................................................................... 30
Chương 3...................................................................................................................... 31
THIẾT KẾ MÁY PHÁT ĐIỆN SÓNG BIỂN ............................................................. 31
3.1. Cơ sở tính toán và thiết kế................................................................................. 31
3.1.1. Tính toán năng lượng chuyển đổi của m hình phao khai thác năng lượng
trên mặt sóng......................................................................................................... 31
3.1.2. Tính toán năng lượng chuyển đổi của m hình t m chắn sóng khai thác
năng lượng sóng tới .............................................................................................. 35
3.2. Tính toán và thiết kế m hình............................................................................ 38
3.2.1. Tính toán phao và t m chắn thu năng lượng sóng...................................... 39
a. Tính toán c ng su t mỗi phao........................................................................... 39
b. Tính toán c ng su t t m chắn sóng................................................................... 41
3.2.2. Các yêu cầu và thiết kế m hình máy phát điện sóng biển......................... 42
a. Các yêu cầu máy phát điện sóng biển............................................................... 42
b. Thiết kế ............................................................................................................. 42
Chương 4...................................................................................................................... 48
GIA CÔNG, CHẾ TẠO, LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM..................... 48
4.1. Gia c ng chế tạo ................................................................................................ 48

Trang 9
4.1.1. Khung đỡ .................................................................................................... 48
4.1.2. Hệ thống cần phao và t m chắn.................................................................. 49
4.1.3. Liên kết truyền động giữa các trục và cần phao ......................................... 49
4.1.4. Hộp số và bánh đà....................................................................................... 50
4.1. . Máy phát điện và tủ điều khiển................................................................... 50
4.1.6. Tổng hợp vật tư thiết bị sử dụng................................................................. 51
4.2. Lắp đặt và vận hành........................................................................................... 52
4.2.1. Lắp đặt ở vùng biển Phư ng 9, Thành phố Tuy Hòa cách b 30m............ 53
4.2.2. Lắp đặt ở vùng biển th n Phú Thư ng, xã An Hòa, huyện Tuy An........... 54
4.2.3. Lắp đặt ở vùng biển Phư ng 9, Thành phố Tuy Hòa cách b 20m............ 56
4.3. Kết luận ............................................................................................................. 57
Chương ...................................................................................................................... 58
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÁC BÀI HỌC THỰC HÀNH................................... 58
.1. Cơ sở nghiên c u và xây dựng.......................................................................... 58
5.1.1. Thiết bị đào tạo ........................................................................................... 58
5.1.2. Thiết bị đào tạo trong các cơ sở đào tạo..................................................... 59
5.1.3. Vai trò và yêu cầu của thiết bị đào tạo ở cơ sở đào tạo.............................. 59
.2. Nội dung các bài thực hành............................................................................... 60
.2.1. Bài 1: Nghiên c u lắp ráp hệ thống............................................................ 60
1. Mục đích ........................................................................................................... 60

Trang 10
2. Các bộ phận của hệ thống và dụng cụ cần thiết................................................ 60
3. Trình tự thực hiện ............................................................................................. 63
4. Trả l i và thực hiện các nội dung ..................................................................... 63
.2.2. Bài 2: Vận hành hệ thống ........................................................................... 64
1. Mục đích ........................................................................................................... 65
2. Các bộ phận và dụng cụ cần thiết ..................................................................... 65
a. Kiểm tra trước khởi động.................................................................................. 66
b. Khởi động ......................................................................................................... 67
c. Dừng hệ thống:.................................................................................................. 68
.2.3. Bài 3: Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống.................................... 69
1. Mục đích ........................................................................................................... 69
.2.4. Bài 4: Khảo sát mối quan hệ giữa năng lượng ngõ vào và c ng su t điện
đầu ra..................................................................................................................... 71
1. Mục đích ........................................................................................................... 71

Trang 11
5.2.5. Bài : Tháo dỡ hệ thống và vệ sinh bảo trì................................................. 71
1. Mục đích ........................................................................................................... 71
.3. Kết luận ............................................................................................................. 72
Chương 6...................................................................................................................... 73
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN......................................... 73
6.1. Kết luận.......................................................................................................... 73
6.2. Hướng nghiên c u phát triển của đề tài......................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................ 74
PHỤ LỤC..................................................................................................................... 77
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2. 1: Máy phát điện từ sóng biển của đại học bang Oregon.............................22
Hình 2. 2: Máy phát điện từ sóng biển của Seabased AB.........................................22
Hình 2. 3: Máy phát điện từ sóng biển của Seabased AB.........................................23
Hình 2. 4: Máy phát điện từ sóng biển HEB.............................................................24
Hình 2. : Máy phát điện từ sóng biển OWAP – Ocean Wave Air Piston...............25
Hình 2. 6: Máy phát điện sóng biển SIECAT...........................................................25

Trang 12
Hình 2. 7: C u tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát điện sóng biển Pelamis. .26
Hình 2. 8: Trạm phát điện sóng biển OWC. ............................................................28
Hình 2. 9: Máy phát điện sóng biển Pendulor...........................................................28
Hình 2. 10: Máy phát điện sóng biển Oyster (trái) và máy phát điện sóng biển
WaveRoller (phải).....................................................................................................29
Hình 3. 1: Chi tiết m hình phao chuyển đổi năng lượng sóng ................................31
Hình 3. 2: M hình t m chắn sóng khai thác năng lượng sóng tới...........................36
Hình 3. 3: Hệ dẫn truyền động đến trục chính..........................................................43
Hình 3. 4: Moment từ 2 cần phao cung c p cho trục chính phải cùng chiều............44
Hình 3. : Hình m tả đầy đủ hệ thống phao, t m chắn sóng cung c p năng lượng.44
Hình 3. 6: Biểu di n góc quay cực tiểu và cực đại của líp bánh cóc. .......................45
Hình 3. 7: Hệ truyền động từ trục chính dẫn đến máy phát......................................46
Hình 3. 8: Sơ đồ nguyên lý mạch điện......................................................................47
Hình 3. 9: Bố trí thiết bị điện trên tủ điện.................................................................47
Hình 4. 1: M hình tổng thể của hệ thống. ...............................................................48
Hình 4. 2: Cần phao và t m chắn trong thực tế........................................................49
Hình 4. 3: Xích ống con lăn cùng với đĩa sơ c p (bánh răng) 39 răng .....................49
Hình 4. 4: Hệ truyền động bánh răng – líp bánh cóc ................................................50
Hình 4. : Hộp số (hộp thay đổi tốc độ) và bánh đà. ................................................50
Hình 4. 6: Máy phát điện 1 pha xoay chiều. .............................................................51
Hình 4. 7: Tủ điện của hệ thống................................................................................51
Hình 4. 8: Vị trí lắp đặt tại vùng biển Thành phố Tuy Hòa, Phú yên.......................53
Hình 4. 9: Hệ thống sau khi lắp đặt hoàn chỉnh........................................................53

Trang 13
Hình 4. 10: Vị trí lắp đặt tại vùng biển th n Phú Thư ng, Huyện Tuy An, Phú Yên.
...................................................................................................................................55
Hình 4. 11: Hệ thống sau khi lắp đặt hoàn chỉnh......................................................55
Hình 5.1: Thiết bị đào tạo trong cơ sở đào tạo..........................................................59
Hình . 2. Chân đế dưới của hệ thống máy phát điện sóng biển. .............................60
Hình . 3: Chân đế trên của hệ thống máy phát điện sóng biển. ..............................61
Hình . 4: Cần phao của hệ thống máy phát điện sóng biển.....................................61
Hình . 5: Hai phao của hệ thống máy phát điện sóng biển. ....................................62
Hình . 6: Hộp số, bánh đà của hệ thống máy phát điện sóng biển..........................62
Hình . 7: Máy phát và tủ điện của hệ thống máy phát điện sóng biển....................62
Hình . 8: M hình hệ thống dạng 3D. .....................................................................65
Hình . 9: M hình thực tế của hệ thống...................................................................65
Hình . 10: Cơ c u truyền động (Bánh đà). ..............................................................66
Hình . 11: Cơ c u truyền động xích, líp..................................................................66
Hình . 12: CB ở trạng thái ngắt...............................................................................67
Hình . 13: T m chắn ở vị trí dưới nước ..................................................................67
Hình . 14: Hai cầ phao và hai phao đang ở dưới nước............................................68
Hình . 15: CB ở trạng thái đóng..............................................................................68
Hình . 16: Hệ thống máy phát điện sóng biển đang hoạt động...............................69
Hình . 17: Tủ điện và các thiết bị đo.......................................................................70

Trang 14
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3. 1: Bảng tra mw theo Wendel (1956), Hooft (1970) và Lamb (1932)...........33
Bảng 4. 1: Tổng hợp vật tư, thiết bị của hệ thống.....................................................51
Bảng 4. 2: Số liệu đo lần 1........................................................................................54
Bảng 4. 5: Chọn bộ cần phao và puli gắn bánh đà....................................................57
Bảng 4. 6: Tỷ lệ 2 cánh tay đòn cần phao và kích thước phao. ................................57
Bảng 5. 1: Bảng thống kê th ng số các bộ phận, chi tiết..........................................63
Bảng 5. 2: Thống kê các th ng số vận hành. ............................................................70
Bảng 5. 3: Thống kê các trạng thái vận hành............................................................71

Trang 15
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Đối với nguồn năng lượng từ biển, hiện nay có r t nhiều dự án nghiên c u và
sản xu t, trong đó có r t nhiều c ng ty hoạt động chuyên nghiệp trong lãnh vực
nghiên c u phát điện từ sóng biển. Hiện nay, có một số nước khai thác thành c ng
năng lượng sóng biển và thương mại hóa với c ng su t nhà máy lên đến Megawatt
như Scoltland, Đan Mạch, Mỹ, Nhật Bản và Trung Quốc, …
Với nhiều cách tiếp cận để khai thác năng lượng cơ học của sóng biển sang
năng lượng điện, có thể phân chia thành nhiều dạng như: khí động, thủy động, thủy
tĩnh chuyển động tương đối của phao… Tuy nhiên, loại thiết bị tổ hợp năng lượng
dựa trên nguyên lý khí động (turbine khí), thủy động (turbine nước) tuy có c ng
su t lớn và r t lớn (từ vài chục kW đến vài MW), nhưng đòi hỏi vùng biển phải có
sóng lớn, b biển phải có độ sâu nh t định và việc xây c ng trình trạm nổi trên biển
r t tốn kém, chi phí đầu tư cao và c ng nghệ hạ tầng ph c tạp. Điển hình tiêu biểu
là loại thiết bị: 1. Hệ thống Fraunhofer (dùng phao nổi) [1]; 2. Turbine diều dưới
nước (Diều lượn làm quay turbine) [2]; 3.Tế bao mặt tr i nổi trên biển (phao nổi kết
hợp năng lượng sóng và năng lượng mặt tr i) [3]; 4. Thiết bị kiểu Hàu biển Oyster
Machine – hệ thống piston thủy lực [4] và . Phao npower WEC (năng lượng từ các
phao chìm nh p nh trong lòng biển) [5].
Để phù hợp với việc khai thác năng lượng sóng biển gần b , kh ng đòi hỏi chi
phí đầu tư và bảo dưỡng cao, đề tài này tiếp cận theo hướng khai thác năng lượng
của sóng biển gần b từ 2 nguồn: 1. Lực đẩy và hút trên b mặt sóng, 2. Lực từ
dòng chảy vào và ra trong lòng biển.
1.2. TỔNG QUAN VỀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU
1.2.1. Trong nước
Các nghiên c u liên quan đến v n đề năng lượng điện sóng biển như:

Trang 16
1. Nghiên c u thiết bị phát điện bằng năng lượng sóng biển ở Việt Nam dựa
trên nguyên lý thủy tĩnh; Nguy n Chí Cư ng, Nguy n Thế Mịch, T Việt Anh;
Tuyển tập C ng trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí toàn quốc năm 2014 [6].
Bài báo tóm tắt tình hình nghiên c u các giải pháp cơ bản khai thác, chuyển
đổi năng lượng sóng biển thành điện năng ở Việt Nam và trên thế giới. Từ đó chọn
lựa nguyên lý, giải pháp, kết c u cho thiết bị phát điện bằng năng lượng sóng biển
phù hợp với điều kiện sóng biển ở Việt Nam. Trong bài báo, chúng t i còn đưa ra
sơ đồ động học, động lực học của kết c u thiết bị đã lựa chọn và thiết kế chế tạo 01
bộ thiết bị hoàn chỉnh. Đồng th i xác định sự phụ thuộc của Hệ số trao đổi năng
lượng sóng CWR vào th ng số kết c u thiết bị cũng như các th ng số của sóng biển.
Kết quả đạt được : Chế tạo hoàn thiện 01 bộ thiết bị phát điện bằng năng lượng
sóng biển, các phương pháp kiểm tra, chạy thử hoạt động của thiết bị trước khi đưa
vào sử dụng thực tế và đưa ra đồ thị sự phụ thuộc của Hệ số trao đổi năng lượng
sóng CWR vào th ng số kết c u thiết bị cũng như các th ng số của sóng biển.
2. Máy phát điện từ năng lượng sóng biển; Bùi Nguyên Vọng, khoa điện tử
trư ng Đại học Cần Thơ [7].
Đề tài tuy kh ng mới, nhưng những giải pháp và hiệu quả của chiếc máy được
nhà phát minh này trình bày th ng qua m hình trên máy tính, có tính sáng tạo cao,
nhưng để có thể ng dụng vào sản xu t năng lượng điện (thương mại) sẽ gặp r t
nhiều khó khăn (chi phí đầu tư lớn), cần r t nhiều th i gian nghiên c u cải tiến và
hoàn thiện.
3. Nguy n Văn Thắng (phư ng Thượng Lý, quận Hồng Bàng, tỉnh Hải Phòng)
đã tự nghiên c u, mày mò chế tạo ra chiếc máy phát điện nh sóng biển [8]
Chiếc máy phát điện từ sóng biển có c u tạo khá đơn giản: máy gồm 4 phao
(tận dụng từ bình nước lọc, loại 21 lít), 4 thanh đẩy và 4 tay biên, chúng được liên
kết với nhau nh các bu l ng, ốc vít. Bộ phận chính của máy là chiếc bánh đà (một
thiết bị cơ khí quy được sử dụng để lưu trữ năng lượng quay), máy phát điện và 6
bóng đèn (mỗi bóng 6V), máy có tổng trọng lượng khoảng 0 kg. Máy hoạt động
theo nguyên lý sau: sóng đẩy vào 4 phao tạo nên năng lượng cơ làm quay bánh đà,

Trang 17
qua hệ thống bánh răng làm quay máy phát điện, tạo ra dòng điện thắp sáng các
bóng đèn (khi máy vận hành sẽ tạo ra dòng điện 8V – 16W).
Theo đánh giá của chuyên gia Nguy n Trọng Hiếu - Viện trưởng Viện Nghiên
c u Sáng chế và khai thác c ng nghệ, trên thế giới hiện nay chỉ có Pháp đã xây
dựng thành c ng nhà máy phát điện sử dụng năng lượng sóng biển, tuy nhiên vẫn
chưa được ng dụng rộng rãi do chi phí đầu tư quá lớn. Sản phẩm “Máy phát điện
từ sóng biển” của tác giả Nguy n Văn Thắng có tính sáng tạo cao, nhưng để có thể
ng dụng vào sản xu t năng lượng điện (thương mại) sẽ gặp r t nhiều khó khăn (chi
phí đầu tư lớn), cần r t thực tế (sản xu t điện phục vụ sinh hoạt) thì cần phải nghiên
c u xem giá thành có cạnh tranh được so với các nguồn phát điện khác hiện nay
kh ng.
Nhận xét: Các c ng trình nghiên c u nêu trên hoặc mang tính tổng quan, hoặc
chỉ mang tính thử nghiệm, c ng su t nhỏ, hiệu quả kinh tế chưa được đánh giá một
cách đầy đủ, đặc biệt phần lý thuyết tính toán, lựa chọn chưa được giải thích một
cách rõ ràng và mang tính hệ thống.
1.2.2. Ngoài nước
Các nghiên c u và chế tạo các máy phát điện sóng biển trên thế giới đã tiến
hành trong nhiều năm qua. Cụ thể có các dạng máy phát điện sóng biển như sau:
1. Các loại máy phát điện sóng biển xa b
 Thiết bị được phát triển bởi C ng ty Seabased AB của Thụy Điển [9]
 Thiết bị HEB (Hydro Electric Barrel) [10]
 “Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng xa b gián tiếp” [11]
+ Thiết bị OWAP (Ocean Wave Air Piston) [12]
+ Thiết bị của SIECAT [13]
+ Thiết bị rắn Pelamis [14]
2. Các loại máy phát điện sóng biển gần b
 Trạm biến đổi năng lượng sóng biển OWC (Oscillating Water Column)
[15]
 Thiết bị Pendulor [16]

Trang 18
 Thiết bị Oyster và thiết bị WaveRoller [17]
1.3. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, do nhu cầu phát triển kinh tế và sự cải thiện trong
m c sống, nhu cầu năng lượng tiêu thụ ở Việt Nam tăng cao, trong khi các nguồn
năng lượng truyền thống như thủy điện, nhiệt điện… đã được khai thác hết tiềm
năng. Trước bối cảnh trên, Nhà nước đã thực thi nhiều biện pháp để đảm bảo an
ninh năng lượng trong nước, bên cạnh tiết kiệm và sử dụng điện năng hiệu quả, thì
tìm kiếm nguồn năng lượng mới hiện là một trong những ưu tiên hàng đầu.
Chính phủ đã có nhiều chủ trương chính sách phát triển năng lượng mới, năng
lượng tái tạo, thể hiện trong Quy hoạch điện VII -2011 do Thủ tướng chính phủ phê
duyệt đã xác định đến năm 2030, năng lượng mới, năng lượng tái tạo sẽ chiếm 4, ÷
6% tổng điện năng cung c p.
Phú Yên là Tỉnh duyên hải Nam Trung bộ có b biển dài gần 180 km, khai
thác năng lượng sóng biển có tiềm năng kh ng nhỏ. Việc nghiên c u một m hình
khai thác chuyển đổi năng lượng sóng biển gần b thành điện năng kh ng nằm
ngoài định hướng phát triển của Chính phủ, sự thành c ng của nghiên c u ngoài
làm phong phú thêm hướng tiếp cận khai thác năng lượng đại dương đã có trên thế
giới, ngoài việc đáp ng trước mắt nguồn năng lượng cho các vùng hải đảo và các
khu nu i trồng thủy hải sản nơi chưa có điều kiện đưa điện lưới quốc gia đến, đề tài
còn là cơ sở để cho các nghiên c u hoàn thiện sau này cũng như làm m hình dạy
học cho khoa Điện -Điện tử ở trư ng Cao đẳng C ng thương Miền trung.
Vì các lý do nêu trên, luận văn “Máy phát điện sóng biển” đáp ng nhu cầu
khai thác năng lượng điện từ năng lượng sóng biển gần b tại Việt Nam.
1.4. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
 Đề xu t và lựa chọn giải pháp xây dựng m hình máy phát điện sóng biển
c ng su t 1000W-220V, phù hợp với việc khai thác năng lượng điện từ sóng biển
gần b tại khu vực miền Trung với chi phí đầu tư, lắp đặt và vận hành hợp lý.
 Xây dựng hệ thống bài thực hành về máy phát điện sóng biển cho các cơ sở
có đào tạo Ngành Kỹ thuật điện, Năng lượng tái tạo,…

Trang 19
1.5. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Kết quả nghiên c u được sử dụng làm tài liệu tham khảo và m hình giảng
dạy cho các đơn vị và cá nhân quan tâm đến sản xu t năng lượng điện từ sóng biển.
1.6. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Mục đích nghiên c u chế tạo m hình máy phát điện sóng biển với hai nguồn
năng lượng ngõ vào, gọn nhẹ, chi phí th p, c ng su t 1000W, 220V, 0Hz phục vụ
giảng dạy và làm cơ sở nghiên c u sản xu t máy phát điện sóng biển phục vụ nhu
cầu tiêu thụ điện cho các hộ tiêu thụ gần b .
1.7. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
 Máy điện sóng biển gần b với với hai nguồn năng lượng ngõ vào, c ng su t
1000W, 220V, 50Hz;
 Xây dựng các bài thực hành về máy phát điện sóng biển cho các cơ sở đào
tạo có liên quan đến lãnh vực năng lượng tái tạo trong phạm vi cả nước.
1.8. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
1. Nhiệm vụ nghiên cứu
 Khảo sát các năng lượng sóng ở các vùng gần b tại khu vực biển Miền
Trung
 Khảo sát các loại máy phát điện sóng biển, ưu-nhược điểm và phạm vi ng
dụng của từng loại.
 Lựa chọn kiểu máy phát điện sóng biển, tính toán và thiết kế hệ thống
chuyển động cơ học từ chuyển động của sóng đến chuyển động quay phần cảm máy
phát điện và phần năng lượng điện được tính từ phần ng máy phát điện đến các tải
(đèn).
 Xây dựng hệ thống bài thực hành máy phát điện sóng biển.
2. Phạm vi nghiên cứu
 Máy phát điện sóng biển gần b , c ng su t 1000W, 220V, 50Hz.
1.9. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
 Phương pháp nghiên c u tài liệu;
 Phương pháp phân tích, tổng hợp;

Trang 20
 Phương pháp thực nghiệm.
1.10. NỘI DUNG LUẬN VĂN
Nội dung chính của luận văn bao gồm 6 chương:
 Chương 1: Tổng quan.
 Chương 2: Các loại máy phát điện sóng biển
 Chương 3: Thiết kế máy phát điện sóng biển.
 Chương 4: Gia c ng, chế tạo, lắp đặt và vận hành thử ngiệm.
 Chương 5: Nghiên c u xây dựng các bài học thực hành.
 Chương 6: Kết luận và hướng nghiên c u phát triển
Tài liệu tham khảo
Phụ lục

Trang 21
Chương 2
CÁC LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN SÓNG BIỂN
2.1. Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng
2.1.1. Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng xa bờ
Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng xa b thư ng được đặt ở khu vực nước
sâu và ở xa b (cách b > 3km). Vùng sóng này gồm 2 vùng chính là vùng sóng
gợn và vùng gia tăng chiều cao sóng. Vì vậy, việc khai thác năng lượng sóng ở
vùng này chỉ tập trung vào khai thác lực của mặt sóng tác động theo phương đ ng
z
F
Có nhiều phương pháp biến đổi năng lượng sóng xa b thành năng lượng điện
như: biến lực mặt sóng thành chuyển động tịnh tiến của rotor bên trong cuộn dây
máy phát hoặc thành áp su t kh ng khí làm quay cánh quạt hay tác động vào piston
hoặc thành chuyển động tịnh tiến của piston truyền động, … Từ đó, các thiết bị
chuyển đổi năng lượng này có r t nhiều dạng và nguyên lý hoạt động khác nhau.
Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng xa b thư ng được thiết kế để khai thác
năng lượng trên mặt sóng và chuyển đổi thành chuyển động tịnh tiến. C u tạo thiết
bị này gồm 2 thành phần: phần cố định và phần chuyển động để khai thác năng
lượng từ bề mặt sóng.
2.1.1.1. Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng xa bờ trực tiếp
1. Máy phát điện từ sóng biển của đại học bang Oregon (Oregon State
University – Mỹ)
C u tạo máy phát điện từ sóng biển gồm 2 phần chính: phần trục cố định
thư ng là hình trụ tròn bên trong là cuộn dây của máy phát, phần di động gồm nam
châm vĩnh cửu được gắn vào một phao và có thể dịch chuyển lên xuống bên ngoài
trục cố định ch a cuộn dây máy phát trình bày ở Hình 2.1.

Trang 22
Hình 2. 1: Máy phát điện từ sóng biển của đại học bang Oregon.
Nguyên lý hoạt động: khi sóng di chuyển qua thiết bị thì lực theo phương
đ ng z
F của mặt sóng làm phần phao của thiết bị nh p nh lên xuống. Từ đó, nam
châm của máy phát chuyển động tịnh tiến lên xuống, bên ngoài cuộn dây, gây cảm
ng điện từ lên cuộn dây máy phát tạo ra điện năng. Năng lượng điện sản xu t ra
được đưa trực tiếp lên b hoặc đưa vào các trạm tập trung để truyền tải đến các trạm
phân phối.
2. Máy phát điện từ sóng biển của Công ty Seabased AB ( Thụy Điển)
C u 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 qu n bên trong một đế trụ tròn rỗng đặt cố định dưới đáy biển trình bày
ở Hình 2.2.
Hình 2. 2: Máy phát điện từ sóng biển của Seabased AB.

Trang 23
Khi có một đợt sóng di chuyển qua khu vực đặt thiết bị, sóng tác động lên các
phao di chuyển lên xuống, các phao này gắn với rotor của các máy phát làm chúng
di chuyển lên xuống với tốc độ giống nhau bên trong cuộn dây. Từ đó tạo ra dòng
điện bên trong các cuộn dây của máy phát, các cuộn dây được nối với nhau bằng
cáp dẫn vào trạm truyền tải trong b Hình 2.3.
Hình 2. 3: Máy phát điện từ sóng biển của Seabased AB
3. Máy phát điện từ sóng biển HEB (Hydro Electric Barrel)
HEB là thiết bị kết hợp giữa hình th c chuyển đổi năng lượng dạng quay
turbine máy phát với dạng chuyển đổi năng lượng loại rotor máy phát chuyển động
tịnh tiến.

Trang 24
Hình 2. 4: Máy phát điện từ sóng biển HEB
C u tạo thiết bị này gồm 2 máy phát được gắn lên thân thiết bị cố định (Hình
2.4):
+ Máy phát dạng quay turbine được gắn vào trục của một con lăn, con lăn
được thiết kế sao cho khi sóng di chuyển đi qua sẽ làm quay con lăn, con lăn quay
làm quay trục máy phát điện.
+ Máy phát dạng tịnh tiến có cuộn dây stator được gắn vào thân thiết bị, phần
rotor gắn vào trục của con lăn. Khi con lăn lăn trên mặt sóng sẽ làm rotor chuyển
động tịnh tiến theo trục của cuộn dây stator và tạo ra điện năng.
2.1.1.2. Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng xa bờ gián tiếp
1. Máy phát điện từ sóng biển OWAP (Ocean Wave Air Piston)
Thiết bị này cũng có c u tạo gồm 2 phần chính giống như các thiết bị biến đổi
trực tiếp nhưng khác ở cơ c u chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng. Ở các
thiết bị này, năng lượng sóng thư ng được chuyển đổi thành chuyển động của
piston tạo áp su t nén ch t lỏng hoặc ch t khí, làm chúng di chuyển qua một ống
dẫn rồi tác động làm quay turbine của máy phát để tạo ra điện năng.

Trang 25
Hình 2. 5: Máy phát điện từ sóng biển OWAP – Ocean Wave Air Piston.
Hình 2.5 m tả máy phát điện sóng biển OWAP chuyển đổi năng lượng sóng
biển gián tiếp th ng qua piston khí làm quay turbine máy phát điện.
2. Máy phát điện sóng biển SIECAT
Thiết bị này có c u tạo gồm các piston nén khí được kết nối với các phao. Các
phao h p thu năng lượng từ sóng đại dương làm chuyển động các piston nén kh ng
khí vào bình ch a. Kh ng khí được nén với áp su t cao trong bình ch a sẽ được sử
dụng làm quay turbine của máy phát tạo ra điện năng (Hình 2.6)
Hình 2. 6: Máy phát điện sóng biển SIECAT.

Trang 26
Thiết bị này có thể lưu trữ năng lượng trong bình ch a. Vì vậy, có thể điều
chỉnh được áp su t kh ng khí tác động vào turbine và nguồn điện có biên độ ổn
định hơn.
3. Máy phát điện sóng biển Pelamis
Thiết bị này chuyển đổi năng lượng sóng biển c ng su t lớn và được đặt cách
xa b . Mỗi thiết bị Pelamis có 3 bộ chuyển đổi năng lượng sóng với tổng c ng su t
khoảng 750kW. Các bộ chuyển đổi của thiết bị được gắn tại các khớp nối của thân
phao thiết bị. Thân của Pelamis chuyển động theo mặt sóng tạo nên chuyển động
tương đối giữa các khớp nối của bộ chuyển đổi là nơi được lắp bộ truyền động thủy
lực 2 chiều. Khi khớp nối chuyển động sẽ tạo ra dòng thủy lực với áp su t cao chạy
qua turbine máy phát làm quay máy phát tạo ra điện năng. Hình 2.7 m tả c u tạo
và nguyên lý hoạt động của máy phát điện sóng biển Pelamis.
Hình 2. 7: C u tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát điện sóng biển Pelamis.
2.1.1.3. Ưu điểm và nhược điểm của máy phát điện sóng biển đặt xa bờ
a. Ưu điểm
+ Các hình th c biến đổi trực tiếp có nguyên lý hoạt động đơn giản d chế tạo,
hiệu su t chuyển đổi khá cao nhưng thư ng có c ng su t nhỏ;
+ Các hình th c biến đổi gián tiếp tuy có hiệu su t nhỏ hơn nhưng thư ng cho
c ng su t lớn hơn hiều, nguồn diện tạo ra ổn định hơn và có khả năng điều chỉnh;

Trang 27
+ Có thể cung c p điện cho các thiết bị xa b như giàn khoan các loại, hải
đăng, đèn báo lưu th ng trên biển, …
b. Nhược điểm
+ Việc thử nghiệm, lắp đặt, vận hành và bảo trì sửa chữa gặp nhiều khó khăn;
+ Ảnh hưởng nhiều tới giao th ng đư ng biển;
+ Tổn hao và chi phí truyền tải phân phối vào b lớn, tiềm ẩn nguy cơ rò rỉ
điện qua cáp truyền tải, ảnh hưởng đến m i trư ng biển, các sinh vật biển kể cả con
ngư i.
2.1.2. Máy phát điện sóng biển gần bờ
Các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển gần b được đặt ở khu vực vùng
sóng vỗ, thư ng được thiết kế và hoạt động theo nguyên lý h p thụ năng lượng của
các đợt sóng vỗ b (sóng tới). Năng lượng ở vùng sóng này r t lớn, vì vậy các thiết
bị chuyển đổi sóng gần b có c ng su t và kích thước lớn.
Các thiết bị này thư ng hoạt động theo nguyên lý chuyển đổi năng lượng
gián tiếp thành năng lượng dẫn động các hệ thống khí nén hoặc thủy lực truyền
động làm quay turbine máy phát điện.
1. Máy phát điện sóng biển OWC (Oscillating Water Column)
C u tạo của một trạm phát điện OWC được m tả ở Hình 2.8, bao gồm: buồng
ch a kh ng khí nén (3); van xả an toàn (4); van điều chỉnh ( ); van tác động nhanh
(6); turbine (7) và máy phát điện (8).
Nguyên lý hoạt động của trạm phát điện OWC dựa trên ng dụng việc dao
động cột nước: sóng tới tác động đẩy cột nước bên trong buồng ch a kh ng khí
dâng lên xuống, tạo áp lực nén kh ng khí trong buồng di chuyển vào turbine của
máy phát làm máy phát quay tạo ra điện.

Trang 28
Hình 2. 8: Trạm phát điện sóng biển OWC.
Điểm m u chốt của hệ thống là việc sử dụng turbine có các cánh quay theo
cùng một hướng, b t ch p hướng chuyển động của luồng khí. Trạm phát điện OWC
hiện được xem là nền tảng tốt nh t để thúc đẩy sự phát triển trong c ng nghệ khhai
thác năng lượng từ sóng biển gần b .
2. Máy phát điện sóng biển Pendulor
Thiết bị Pendulor là thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng tới được nghiên c u
và phát triển tại Nhật Bản (Hình 2.9).
Hình 2. 9: Máy phát điện sóng biển Pendulor.
C u tạo của thiết bị được m tả ở Hình 2.9, thiết bị hoạt động theo nguyên lý
khá đơn giản. T m chắn sóng hoạt động như con lắc, một đầu được cố định đầu còn
lại dịch chuyển tự do. Khi sóng tới tác động vào thiết bị, t m chắn sóng sẽ dao động

Trang 29
và dẫn động piston bơm của hệ thống thủy lực đặt trên b . Hệ thống thủy lực này sẽ
truyền động làm quay turbine máy phát sinh ra điện năng.
3. Máy phát điện sóng biển Oyster và WaveRoller
Thiết bị Oyster và thiết bị WaveRoller tuy được thiết kế và lắp đặt bởi 2 nhà
phát triển năng lượng biển khác nhau (C ng ty năng lượng Aquamarine và c ng ty
AW Energy) nhưng chúng đều cùng được phát triển từ thiết bị Pendulor và cùng
nguyên tắc hoạt động chuyển đổi năng lượng như nhau. Thiết bị h p thụ năng lượng
sóng được neo cố định dưới đáy biển, phần dao động của thiết bị sẽ dao động khi
sóng biển tác động vào, ép piston thủy lực nén ch t lỏng với áp su t cao lên trạm
biến đổi đặt trên b qua đư ng ống áp su t cao. Tại trạm biến đổi, ch t lỏng có áp
su t cao được sử dụng để quay turbine máy phát sinh ra điện năng, sau đó ch t lỏng
với áp su t th p được trả lại với đư ng ống song song và tiếp tục chu trình truyền
động mới (Hình 2.10)
Hình 2. 10: Máy phát điện sóng biển Oyster (trái) và máy phát điện sóng biển
WaveRoller (phải)

Trang 30
4. Ưu điểm và nhược điểm của các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng
gần bờ
a. Ưu điểm
+ Trạm phát điện thư ng được đặt trên b và có c ng su t lớn (thư ng từ 1
MW trở lên);
+ Thư ng sử dụng cơ chế biến đổi gián tiếp nên điện áp ra có thể điều chỉnh
và có độ ổn định cao;
+ Thuận tiện cho việc thử nghiệm, lắp đặt, vận hành và bảo trì sửa chữa; chi
phí truyền tải từ trạm phát điện đến trạm phân phối và nơi tiêu thụ th p.
b. Nhược điểm
+ Chi phí đầu tư cao;
+ Các trạm biến đổi có kích thước lớn nên ảnh hưởng nhiều đến cảnh quan,
diện tích và m i trư ng b biển.

Trang 31
Chương 3
THIẾT KẾ MÁY PHÁT ĐIỆN SÓNG BIỂN
3.1. Cơ sở tính toán và thiết kế
Các ý tưởng về m hình chuyển đổi năng lượng sóng thành các dạng năng
lượng có ích, đặc biệt là thành năng lượng điện đã được nghiên c u và phát triển từ
đầu thế kỷ XIX. Như đã đề cập ở Chương 2, các m hình khai thác sóng r t đa dạng
và hoạt động dựa trên các nguyên lý khác nhau. Chương này sẽ trình bày các bước
tính toán và lựa chọn các th ng số và c ng su t chuyển đổi của dạng m hình máy
phát điện sóng biển đơn giản sử dụng phục vụ dạy học và làm cơ sở nghiên c u và
phát triển cho các m hình với quy m và c ng su t lớn hơn trong tương lai.
3.1.1 Tính toán năng lượng chuyển đổi của mô hình phao khai thác năng lượng
trên mặt sóng
Thiết bị được đề cập đến trong phần này là một phao nổi thu nhận năng lượng
trên mặt sóng. M hình phao thu năng lượng b t kỳ có 2 dao động đồng th i là dao
động nh p nh và dao động con lắc. Phần này chỉ tính cho m hình phao đơn giản
nh t là m hình phao hình hộp chữ nhật trình bày ở Hình 3.1 đã được giới hạn dao
động con lắc, đồng th i cung c p các biểu th c quan trọng để tính toán cho các
dạng phao khác, làm tiền đề cho việc tính toán các dạng phao sau này.
Hình 3. 1: Chi tiết m hình phao chuyển đổi năng lượng sóng

Trang 32
Phao được m tả trên Hình 3.1 có các th ng số thiết kế như sau:
 L: Chiều dài của phao (đối với phao hình hộp chữ nhật)
(m)
 B: Bề rộng của phao (đối với phao hình hộp chữ nhật)
(m)
 Z: Chiều cao của phao
(m)
 d: Chiều cao phần chìm trong nước của phao
(m)
M hình phao được thiết kế với bộ định hướng theo phương thẳng đ ng, loại bỏ
phần dao động con lắc. Năng lượng chính của thiết bị nhận vào chính là dao động
nh p nh theo phương thẳng đ ng.
Theo các nhà nghiên c u về năng lượng sóng McComick (1973), Bhattacharyya
(1978) cùng với các nhà nghiên c u khác, tần số dao động nh p nh tự nhiên của
phao nêu trên được xác định như sau:
w
w
1 1
2 2
p
z
z
z
gA
f
T m m


 
  

(3.1)
Trong đó: Tz là chu kỳ dao động nh p nh tự nhiên (s), z là tần số góc của dao
động nh p nh (rad/s),  là khối lượng riêng của nước biển (2,00 slugs/ft2
hoặc
1.030 kg.m2
), Awp là diện tích bề mặt tiếp xúc với nước của phao (m2
), m là khối
lượng phần nước biển bị thay thế bởi phần chìm của phao (kg), mw là khối lượng
phần nước biển tác động vào phần chìm của phao (kg).
Dựa theo hình dạng của phao và chiều cao phần chìm trong nước được thiết lập
bởi Wendel (19 6), Hooft (1970) và Lamb (1932), với m hình phao chìm một
phần trong nước như Hình 3.1, biểu th c tính mw được tra ở Bảng 3.1.
Biểu th c tính biên độ nh p nh của m hình phao theo McCormick (1973):

Trang 33
w
2
2
2
cos( )
(1 )
cos( )
o
z
p
z
o z
F
t
gA
z
Z t
  



  
 


  
(3.2)
Với: Fo là biên độ lực nh p nh ; Zo là biên độ nh p nh ;  là tần số góc; t là
th i gian và  là góc lệch pha.
Bảng 3. 1: Bảng tra mw theo Wendel (1956), Hooft (1970) và Lamb (1932)
Vận tốc nh p nh được xác định bằng biểu th c:
sin( )
z o z
dz
v Z t
dt
   
     (3.3)
Và gia tốc:
2
2 2
2
cos( )
o z
d z
Z t z
d t
    
      (3.4)

Trang 34
Động năng của m hình phao với khối lượng bằng khối lượng của phao m cộng
với khối lượng phần nước biển tác động vào phần chìm của phao mw là:
2
w
1
( )
2
Kz
dz
E m m
dt
 
   
 
2 2 2
w
1
( ) sin ( )
2
o z
m m Z t
   
    (3.5)
Và thế năng:
2
w
1
2
Pz p
E gA z


2 2
w
1
cos ( )
2
p o z
gA Z t
   
   (3.6)
Từ đó, tổng năng lượng nhận được từ m hình phao là:
E = EKz+EPz
2 2
w w
1
( )
2
p o
m m gA Z
 
 
  
  (3.7)
C ng su t cơ của m hình phao được sinh ra từ lực dao động nh p nh Fz và
vận tốc dao động vz được tính ở biểu th c (3.3).
Để xác định lực dao động nh p nh Fz cần biết hình dạng của m hình phao.
Đối với phao dạng hình hộp chữ nhật:
 
2 /
1 sin cos( t)
2
d
ZR
gHB L
F e  
  

 
  
   
 
(3.8)
Đối với phao dạng hình trụ:
 
2 2 2
2 /
2
1 1 cos( t)
4 2
d
ZC
gH R R
F e  
  



 
  
 
 
(3.9)

Trang 35
Trong biểu th c (3.9), R là bán kính của mặt đáy tròn chìm trong nước, diện
tích mặt đáy sẽ là:
Awp=R2
(3.10)
Biểu th c (3.8) và (3.9) tính lực Fz có thể được viết gọn lại:
Fz=Focos(t) (3.11)
Với Fo là biên độ lực nh p nh của phao
C ng su t nhận được từ phao cân bằng dao động với sóng tương ng:
z z
dz
P F
dt
 (3.12)
Và c ng su t trung bình nhận được trong 1 chu kỳ sóng được tính như:
0
1
2
T
o o
z z
F Z
P P dt
T

 
 (3.13)
3.1.2 Tính toán năng lượng chuyển đổi của mô hình tấm chắn sóng khai thác
năng lượng sóng tới
M hình t m chắn sóng tương đương (Hình 3.2) gồm một t m chắn sóng
thư ng được đặt vu ng góc với mặt biển ở vùng nước cạn h<20m; một đầu được
liên kết với ngàm cố định cho phép chuyển động xoay quanh trục; một đầu tự do
được gắn với cơ c u truyền động để biến đổi năng lượng sóng tới thành năng lượng
cơ, góp c ng su t chuyển đổi thành năng lượng điện. T m chắn sóng được thiết kế
sao cho nhận được năng lượng sóng vỗ b là lớn nh t.

Trang 36
Hình 3. 2: M hình t m chắn sóng khai thác năng lượng sóng tới.
Vận tốc của sóng tới được tính bằng biểu th c:
cos( )
kz
H
u e kx t
T


  (3.14)
Với hệ số của sóng là:
2
k


 (3.15)
Để giảm lực ngược lại từ sóng “phản hồi” xuống m c nhỏ nh t, t m chắn sóng
phải được thiết kế sao cho bề rộng Bf nhỏ hơn nhiều so với chiều dài thân sóng.
Áp lực từ sóng tác động vào t m chắn sóng ở vị trí cân bằng x=0 được tính toán
theo biểu th c:
p
t



 

cos( t)
2
gH


 (3.16)
Từ áp lực trên, có thể th y lực tác động vào t m chắn sóng với bề rộng Bf và đặt
ở vùng nước có chiều cao mực nước h được tính theo biểu th c:

Trang 37
0
0
cos( t)
2
cos( t)[1 ]
2
f f d
h
f kz
h
f kh
F B p dz
gHB
e dz
gHB
e
k









 


2 2
cos( t)
8
f
g T HB



 (3.17)
Với điểm đặt của lực Ff tác động vào t m chắn cách mặt nước một khoảng
được tính như sau:
0
0
d
h
f
d
h
p zdz
z
p dz





1
2
k


    (3.18)
Lực tác động vào cơ c u truyền động cơ có moment tác động ở độ sâu nước z=-
/2 được xác định từ:
2 2
3
2 2
1
1
4
f
p f
f
f
F F z
g T HB
l
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
Thế các kết quả từ các biểu th c (3.17) và (3.18) được:
1
1
p f
F F

 
 
 
 
2 2
2
1
1 cos( )
8
f
g T HB
t


 
 
 
 
 
(3.19)
Tổng năng lượng đến cơ c u truyền động trong 1 chu kỳ sóng:

Trang 38
4
0
4
cos( )
T
f p f
E F l t dt
T

 
2 2
3
1
1
4
f
f
g T HB
l

 
 
 
 
 
(3.20)
3.2. Tính toán và thiết kế mô hình
M hình được chọn bao gồm 3 ngõ thu năng lượng cung c p cho chuyển động
quay của 1 trục chính. Năng lượng từ trục chính được tích trữ ở bánh đà, sau đó
cung c p cho máy phát điện.
Ngõ thu năng lượng tương ng với 2 phao và 1 t m chắn.
C ng su t tổng đưa vào trục chính:
Ptổng=2×Pphao+Pt m chắn (3.21)
3.2.1 Tính toán phao và tấm chắn thu năng lượng sóng
a. Tính toán công suất mỗi phao
Để phù hợp với yếu cầu phục vụ đào tạo, t c có khả năng trực quan và tương
tác giữa ngư i sử dụng (giáo viên, sinh viên, ngư i nghiên c u), chọn phao kiểu
hình hộp chữ nhật. Trên cơ sở lý thuyết đã trình bày trong Chương 1 và phần đầu
của chương này, có thể chọn c ng su t mỗi ngõ vào ~ 2, kW và các th ng số thiết
kế ban đầu cho mỗi phao:
Chiều dài L=1, m; bề rộng B=1m; chiều cao Z=0,3m; chiều cao phần chìm
trong nước d=0,2m; biên độ nh p nh Zo=0,3m; chiều cao sóng H=0, m.
Khối lượng nước biển bị thay thế m=.L.B.d (3.22)
m=1030×1, ×1×0,2
m=309kg
Từ kết quả thực nghiệm Wendel tra bảng (3.1) với L/d=7,5 chọn
mw=0,16..L2
.B và Iw=0,0047..d.L4
Tính mw:

Trang 39
mw = 0,16..L2
.B (3.23)
= 0,16×1030×3,1416×1, 2
×1
=1164,905kg
Tính moment quán tính Iw:
Iw = 0,0047..d.L4
(3.24)
= 0,0047×1030×3,1416×0,2×1, 4
=15,3986kg.m2
Diện tích mặt tiếp xúc Awp:
Awp = L.B (3.25)
=1, ×1=1, m2
Chu kỳ dao động nh p nh tự nhiên Tz:
w
w
2
247,2 931,9242
2 3,1416
1030 9,81 1,2
z
p
m m
T
gA





  
 
(3.26)
= 1,96 (s)
Chiều dài bước sóng ng với chu kỳ Tz:
2
2
2
9,81 1,96
2 3,1416
z
gT






(3.27)
 6 (m)
Năng lượng của phao nhận được Ez:

Trang 40
2 2
w w
2
2
1
( )
2
1 2 3,1416
(247,2 931,9242) 1030 9,81 1,2 0,3
2 1,96
z p o
E m m gA Z
 
 
  
 
 

 
    
 
 
 
 
 
(3.28)
= 599,16 (N.m)
Tổng năng lượng vùng nước biển c p cho phao E:
2
2
8
1030 9,81 0,5 6 0,8
8
gH B
E
 

   

(3.29)
=1515,65 (N.m)
Hiệu su t chuyển đổi của mỗi phao
599,16
1515,65
100%
100%
z
z
E
E
  
 
(3.30)
= 39,53%
C ng su t cơ trung bình từ dao động nh p nh trên 1 chu kỳ sóng Pz
 
0
2
0,2
2
6
1
2
1 sin
2 2
1030 9,81 0,5 0,8 6 1,5 2 0,3
1 sin
2 6 2 1,96
T
o o
z z
d
o
F Z
P P dt
T
Z
gHB L
e
e
 



  
 
 



 
 
 
   
 
 
 
 
     
 
 
 
   
  
   
 

(3.31)
= 24250,32(e-20,2/6
+1)×0,71×0,08=242 0,32×1,81×0,71×0,08
= 2493,13 (W)2,49 (kW)

Trang 41
b. Tính toán công suất tấm chắn sóng
T m chắn được thiết kế có độ sâu 1, m ở vùng sóng vỗ với chu kỳ T=4s và
chiều cao sóng H=1m. Bề rộng t m chắn sóng B=1,2m, khoảng dịch chuyển hiệu
dụng Lf=1m
Xác định bước sóng:
2 2
9,81 4
2 2 3,1416
gT



 

25m (3.32)
Tổng năng lượng của ngọn sóng có bề rộng B=1,2m được xác định từ:
2 2
1030 9,81 1,2 25 1
8 8
gH B
E
     
 
(3.33)
= 45469,35 (J)45,47 (KJ)
Năng lượng t m chắn nhận được từ ngọn sóng và truyền cho cơ c u truyền
động:
2 2
3
2 2
3
1
1
4
1030 9,81 4 1 1,2 1
1 1
4 3,1416 3,1416
f
f f
g T HB
E L

 
 
 
 
 
     
  
 
  
(3.34)
=10460,17 (J)10,46 (KJ)
C ng su t:
2,62
f
f
E
P
T
  (kW) (3.35)
Hiệu su t của t m chắn sóng:
10,46
100%
45,47
f
f
E
E
    23% (3.36)
Lực tác động từ t m chắn sóng:

Trang 42
2 2
2
2 2
2
1
1 cos( t)
8
1030 9,81 4 1 1,2 1
1 cos( t)
8 3,1416 3,1416
f
o
g T HB
E


 

 
 
 
 
     
 
 
  
(3.37)
=16431,31cos(t) (N)16,43cos(t) (kN)
Lực trung bình hiệu dụng từ t m chắn tác động vào cơ c u truyền động:
2
o
p
F
F  11,62 (kN) (3.38)
3.2.2 Các yêu cầu và thiết kế mô hình máy phát điện sóng biển
a. Các yêu cầu máy phát điện sóng biển
M hình máy phát điện sóng biển sử dụng để dạy học và nghiên c u nên phải
đáp ng các yêu vầu sau:
- Kiểu dáng c ng nghiệp, trực quan tốt.
- Tính tương tác cao.
- Hoạt động tốt ở vùng biển gần b
- M hình và vị trí đặt phải đảm bảo an toàn khi lắp đặt và vận hành cho ngư i
và thiết bị
- Kết c u d tháo lắp và vận chuyển, hoạt động tốt ngay khi chỉ có sóng gợn
biên độ nh p nh th p
- Qua khảo sát thực tế biên độ sóng từ 0,1m đến 0,7m xu t hiện hầu hết các
tháng trong năm trong vùng biển gần b và gần cửa s ng ở thành phố Tuy Hòa và
vùng lân cận nên hệ thống được tính toán và làm việc tốt trong điều kiện sóng có
biên độ từ 0,12m đến 0,78m.
b. Thiết kế
Hệ truyền động chuyển đổi và dẫn năng lượng đến trục chính đảm bảo 3 ngõ
vào gồm: 1 t m chắn và 2 phao theo tiêu chuẩn và kích thước đã tính ở trên. Dẫn
truyền động được thực hiện bằng cơ c u freewhell (xích và líp bánh cóc) như Hình

Trang 43
3.3. Líp bánh cóc được chọn là loại có số răng và bước cóc n=24. Phần tính toán kết
c u truyền động xích ống con lăn trình bày ở Phụ lục PL1
1
2
3
4
5
Hình 3. 3: Hệ dẫn truyền động đến trục chính.
1- Trục dẫn từ phao; 2- Trục chính; 3- Thanh truyền nối đến cơ cấu bánh cóc
4- Cơ cấu freewhell (xích và bánh cóc); 5- Tấm chắn sóng
Với sóng biển gần b để thu t t cả dạng năng lượng sóng bao gồm sóng gợn,
sóng vỗ năng lượng sóng từ các phao và t m chắn truyền đến cung c p cho trục
chính trong mỗi chu kỳ sóng. Do đó, hệ truyền động phải được thiết kế sao cho các
moment thành phần khi đặt trên trục chính phải cùng chiều (Hình 3.4). Phần tính
toán kết c u khung trình bày ở Phụ lục PL2.

Trang 44
1
2
3
1
4
5
6
Hình 3. 4: Moment từ 2 cần phao cung c p cho trục chính phải cùng chiều.
1- Cần phao; gối đỡ (điểm tựa cho cần phao); 3- Trục chính; 4- Xích truyền động;
5- Đĩa gắn trên trục sơ cấp; 6- Bánh cóc gắn trên trục chính
Hệ truyền động các phao và t m chắn được thể hiện đầy đủ như Hình 3.
Hình 3. 5: Hình m tả đầy đủ hệ thống phao, t m chắn sóng cung c p năng lượng.
Biên độ dao động của phao phụ thuộc vào độ cao sóng gợn gần b . Biên độ
nh p nh hữu dụng của phao được xác định trong khoảng góc quay (minmax) của
líp bánh cóc (Hình 3.6).
Trong đó:

Trang 45
min
360 360
15
24
o o
o
n
   
(3.39)
Và: max=120o
Hình 3. 6: Biểu di n góc quay cực tiểu và cực đại của líp bánh cóc.
Tay quay gắn với mỗi đĩa sơ c p (nối với líp bánh cóc bằng xích ống con lăn)
được l y R=0,15m. Khoảng cách từ phao đến trục quay được l y g p 2 lần từ thanh
truyền nối đến tay quay đĩa sơ c p:
d2=3d1=3,6m.
Biên độ phao tối thiểu:
min
min 2 sin 0,08
2
L R m

  (3.40)
Biên độ cực đại phao:
max
max 2 sin 0,52
2
L R m

  (3.41)
Như vậy, hệ thống chỉ có thể hoạt động tốt trong điều kiện sóng gợn từ 0,2m
đến 0,7m.
Do biên độ sóng có quan hệ với chu kỳ sóng, biên độ th p chu kỳ ngắn. Theo
nguồn số liệu thủy hải văn Khu vực Nam Trung bộ và khảo sát thực tế ng với sóng
biên độ 0,2m~0,3m có chu kỳ trung bình 2s~3s; biên độ sóng 1,2m~1,3m có chu kỳ
trung bình s~7s. Chuyển động quay của trục chính được dẫn đến hộp số để tăng

Trang 46
tốc, ngoài ra để lọc bằng nh p nh năng lượng trong mỗi chu kỳ dùng bánh đà sau
hộp số và sau đó nối đến máy phát. Máy phát được thiết kế làm việc với tốc độ th p
~37 vòng/phút do đó vùng tốc độ làm việc của máy phát trong hệ thống này là 27
vòng/phút đến 37 vòng/phút.
Bộ phận truyền động được m tả ở Hình 3.7
1
2 3
4
Hình 3. 7: Hệ truyền động từ trục chính dẫn đến máy phát.
1-Trục chính; 2-Hộp số; 3-Bánh đà; 4-Máy phát điện
Khi máy phát làm việc trong dải tốc độ làm việc, để phục vụ cho việc học tập
và nghiên c u, năng lượng điện phát ra được thiết kế chia làm 2 phần: 1 phần đưa
trực tiếp từ máy phát đến tải để nghiên c u hiện tượng nh p nh năng lượng điện và
1 phần qua bộ nạp đến ắc quy để tích trữ năng lượng điện DC. Sau đó, nguồn điện
điện DC qua inverter l y ra cung c p điện AC cho tải.
Sơ đồ nguyên lý mạch điện như Hình 3.8 và bố trị thiết bị điện trong tủ điều
khiển như Hình 3.9.

Trang 47
AC
Source Bộ nạp
Ăc quy
Inveter
CB2
V
V2
L2
CB1
V
V1
L1
A
A
Hình 3. 8: Sơ đồ nguyên lý mạch điện.
500
500
2
5
0
Đèn tải 1 Đèn tải 2
V V
A
Inveter
Bộ sạc
Ăc quy
Contact 2
Contact 1
Hình 3. 9: Bố trí thiết bị điện trên tủ điện.

Trang 48
Chương 4
GIA CÔNG, CHẾ TẠO, LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH
THỬ NGHIỆM
4.1. Gia công chế tạo
Việc gia c ng chế tạo hệ thống máy phát điện sóng biển theo trình tự như sau:
1. Xác lập các bản vẽ chế tạo chi tiết, cụm thiết bị...trên cơ sở các bản vẽ kỹ
thuật đã có. Mọi chi tiết, bộ phận được gia c ng dựa trên các bản vẽ này.
2. Lựa chọn vật liệu, thiết bị máy cắt gọt gia c ng, máy hàn và qui trình c ng
nghệ đi kèm thiết bị nói trên ...
4.1.1. Khung đỡ
Khung đỡ gồm 2 phần: đế dưới và đế trên để lắp hệ thống truyền động. T t cả
để gia c ng và lắp nối bằng phương pháp cắt hàn từ thép V100×100×8
Hình 4. 1: M hình tổng thể của hệ thống.

Trang 49
4.1.2. Hệ thống cần phao và tấm chắn
Các cần phao được gia c ng bằng thép ống mạ kẽm 60×4 và 21×2,6 bằng
phương pháp uốn và hàn.
Các phao được lắp ráp từ phao nhựa PVC và gia c ng khung thép từ thép la
0×
Hình 4. 2: Cần phao và t m chắn trong thực tế.
T m chắn được gia c ng từ thép t m mm và thép ống 21×2,6.
4.1.3. Liên kết truyền động giữa các trục và cần phao
Liên kết truyền động giữa các trục và cần phao được thực hiện bằng bộ các
trục chính và trục phụ, trên các trục gắn các líp bánh cóc 24 răng. Liên kết giữa
thanh truyền cần phao và các líp bánh cóc dùng xích ống con lăn. Các líp bánh cóc
và bánh răng (39 răng) gắn trên các trục bằng phương pháp xẻ rãnh dọc trục và lồng
then bán nguyệt.
Trục chính và và các trục phụ được gia c ng từ thép CT4 50.
Hình 4. 3: Xích ống con lăn cùng với đĩa sơ c p (bánh răng) 39 răng
và líp bánh cóc 24 răng.

Trang 50
Hình 4. 4: Hệ truyền động bánh răng – líp bánh cóc
bằng xích ống con lăn trong thực tế.
4.1.4. Hộp số và bánh đà
Hình 4. 5: Hộp số (hộp thay đổi tốc độ) và bánh đà.
Hộp số chọn loại trục song song, trục lồi tỉ số biến tốc 1: 0, c ng su t kW.
Bánh đà được chọn loại có đư ng kính D=700mm, Khối lượng M=70kg;
Như vậy năng lượng tích trữ trên nó:
2 2 2 2 2
D 2
940,36(Ws)
4 60
B
M D M D n
E
 
    
  
ng với tốc độ quay n200 vòng/phút.
4.1.5. Máy phát điện và tủ điều khiển
Truyền động từ trục bánh đà đến máy phát dùng hệ puli với tỉ lệ đư ng kính
khác nhau và dây đai (số puli được gia c ng dự phòng với các tỉ lệ đư ng kính khác
nhau 1:1, 1,2:1, 1,4:1, 1,6:1 và 1,8:1)

Trang 51
Hình 4. 6: Máy phát điện 1 pha xoay chiều.
Hình 4. 7: Tủ điện của hệ thống.
4.1.6. Tổng hợp vật tư thiết bị sử dụng
Các vật tư thiết bị sử dụng cho hệ thống máy phát điện sóng biển trình bày ở
Bảng 4.1.
Bảng 4. 1: Tổng hợp vật tư, thiết bị của hệ thống.
Stt Tên Vật tư/ thiết bị Đơn vị Số lượng Ghi chú
1
Bộ xích ống, líp bánh cóc và đĩa (cơ c u
freewheel)
Bộ 4
Líp 24 răng
Đĩa 39 răng
2 Phao 1000*1500*300 Bộ 2 Hình chữ nhật
3 Thép ống tráng kẽm 60 (4*6000) Cây 4
4 Thép ống tráng kẽm 42 (2,6*6000) Cây 2

Trang 52
5 Thép ống tráng kẽm 21 (2,6*6000) Cây 2
6 Thép V100 (dài 6m) Cây 9
7 Thép trục chính 50 Kg 50
8 Bánh đà, puli Kg 70
9 Hộp thay đổi tốc độ 1: 0
Kiểu trục lồi
song song
10 Máy phát điện AC 220V – 1.0 KW Cái 1
11 Accu 12V – 50Ah Cái 1 Accu kh
12
Power Inverter IN:12V DC – OUT: 220V
AC - 1000W
Cái 1
13 Bộ nạp accu 100Ah Bộ 1
14
Vật tư và nguyên liệu đi kèm để gia c ng
(que hàn, bu l ng, dây dẫn, cáp,…)
Bộ 1
4.2. Lắp đặt và vận hành
Để thu được các kết quả có độ tin cậy, hệ thống được chọn lắp đặt 3 lần ở 2
địa điểm khác nhau trong vùng biển Thành phố Tuy Hòa và Huyện Tuy An. Các kết
quả thu được ở 3 lần lắp đặt được thể hiện như các bảng bên dưới Bảng 4.2; Bảng
4.3 và Bảng 4.4. Lần th 1 và lần th 3, lắp đặt ở vùng biển gần b Phư ng 9
Thành phố Tuy Hòa. Lần th 2, lắp đặt ở vùng biển gần b th n Phú Thư ng, xã
An Hòa, huyện Tuy An.
Việc vận chuyển, lắp đặt và vận hành được thực hiện theo trình tự:
 Khảo sát, chọn điểm lắp đặt phù hợp.
 Vận chuyển đế dưới đến điểm đã chọn để định vị và neo giữ.
 Vận chuyển đế trên của hệ thống (bao gồm bộ truyền động chính) gắn trên
đế dưới.
 Vận chuyển bánh đà, máy phát, tủ điện ra gắn vào.
 Đưa từng cần phao ra gắn và treo giữ ở vị trí nghỉ (kh ng hạ xuống biển).
 Đưa t m chắn sóng gắn sau cùng.
 Cho bánh đà quay, sau đó lần lượt cho 2 cần phao và t m chắn làm việc,

Trang 53
xác định tốc độ máy phát và các th ng số khác.
4.2.1. Lắp đặt ở vùng biển Phường 9, Thành phố Tuy Hòa cách bờ 30m
Lắp đặt và thử nghiệm hệ thống máy phát điện sóng biển ở vùng biển Phư ng
9, Thành phố Tuy Hòa, nơi đặt cách b 30m.
Hình 4. 8: Vị trí lắp đặt tại vùng biển Thành phố Tuy Hòa, Phú yên
Hệ thống lắp đặt hoàn chỉnh trình bày ở Hình 4.9.
Hình 4. 9: Hệ thống sau khi lắp đặt hoàn chỉnh.
Trong lần này, nhằm đảm bảo an toàn cho nhóm thực nghiệm và thiết bị
trong điều kiện thực tế th i tiết ở địa phương, chiều dài cần phao dài được thay đổi
khoảng cách từ phao đến trục (2 cánh tay đòn) quay được l y x p xỉ từ thanh truyền

Trang 54
nối đến tay quay đĩa sơ c p d2=1,5.d1=1,8m. Biên độ phao tối thiểu
min
min 2 sin 0,04
2
L R m

  và biên độ cực đại max
max 2 sin 0,31
2
L R m

  t c sóng có
chiều cao từ 0,2 đến 0, m.
Các số liệu thu được trình bày ở Bảng 4.2.
Bảng 4. 2: Số liệu đo lần 1.
STT Thông số
Giá trị trung
bình đo được
Ghi chú
1 Chu kỳ sóng (s) ~4
2 Biên độ sóng (m) 0,4~0,5
3 Biên độ dao động phao (m) ~0,3
4 Chu kỳ dao động của t m chắn (s) ~12
5 Biên độ góc dao động t m chắn (độ) ~45
6 Tốc độ quay máy phát (vòng/phút)
240~250
360~375
Tỉ lệ Puli 1,2:1
7 Điện áp máy phát V1 (V)
170~180
~220
8 Điện áp sau inverter V2 (V) ~220
9 Dòng điện nạp Inạp (A)
~14
~20
4.2.2. Lắp đặt ở vùng biển thôn Phú Thường, xã An Hòa, huyện Tuy An
Lắp đặt và thử nghiệm hệ thống máy phát điện sóng biển ở vùng biển th n
Phú Thư ng, xã An Hòa, huyện Tuy An, nơi đặt cách b 40m.

Trang 55
Hình 4. 10: Vị trí lắp đặt tại vùng biển th n Phú Thư ng, Huyện Tuy An, Phú Yên.
Hình 4. 11: Hệ thống sau khi lắp đặt hoàn chỉnh.
Sau lắp đặt hoàn chỉnh như Hình 4.9, cho hệ thống vận hành liên tục 3h, các
số liệu thu được trình bày ở Bảng 4.3.

Trang 56
STT Thông số
Giá trị trung
bình đo được
Ghi chú
6 Tốc độ quay máy phát (vòng/phút) 345~370 Tỉ lệ Puli 1,2:1
7 Điện áp máy phát V1 (V) 195~210
9 Dòng điện nạp Inạp (A) ~18
4.2.3. Lắp đặt ở vùng biển Phường 9, Thành phố Tuy Hòa cách bờ 20m
Các số liệu thu được trình bày ở Bảng 4.4.
STT Thông số
Giá trị trung
bình đo được
Ghi chú
6 Tốc độ quay máy phát (vòng/phút) 370~375 Tỉ lệ Puli 1,4:1
7 Điện áp máy phát V1 (V) ~220
9 Dòng điện nạp Inạp (A) ~20

Trang 57
4.3. Kết luận
Phân tích kết quả thực nghiệm nhận th y:
 Càng xa b năng lượng t m chắn sóng thu được càng nhỏ, năng lượng các
phao thu từ sóng gợn nh p nh lớn hơn;
 Chiều cao sóng càng th p, chu kỳ của chúng càng nhỏ;
 Với từng vùng biển cụ thể, th i gian cụ thể ng với chiều cao và chu kỳ của
sóng chọn loại cần phao và phao, tỉ lệ puli bánh đà máy phát phù hợp để tốc độ
quay tiệm cận về giá trị định m c 37 vòng/phút.
Ngoài ra, tùy vùng biển và khí hậu th i tiết theo mùa, có độ cao sóng biển
khác nhau, cần chọn bộ cần phao và tỉ lệ đư ng kính puli cho phù hợp theo Bảng
4.5.
Bảng 4. 5: Chọn bộ cần phao và puli gắn bánh đà.
STT Độ cao sóng biển (m)
Tỉ lệ 2 cánh tay đòn
cần phao d2:d1
Tỉ lệ puli gắn bánh đà
và máy phát D2:D1
1 0,2~0,3 1:1/1,5:1 1,4:1
2 0,4~0,5 1,5:1/2:1 1,8:1
3 0,6~0,7 2:1 1,2:1
Để thuận tiện cho việc thực hành trong dạy học và trong nghiên c u, cần sản
xu t thêm các bộ cần phao và phao có các th ng số như trong Bảng 4.6 ng với các
điều kiện th i tiết cụ thể có các độ cao sóng biển khác nhau.
Bảng 4. 6: Tỷ lệ 2 cánh tay đòn cần phao và kích thước phao.
STT Độ cao sóng biển (m)
Tỉ lệ 2 cánh tay đòn
cần phao d2:d1
Kích thước mỗi phao
(mm)
1 0,2~0,3 1:1 3000×1000×300
2 0,4~0,5 1,5:1 22 0×1000×300
3 0,6~0,7 2:1 1 00×1000×300

Trang 58
Chương 5
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÁC BÀI HỌC THỰC HÀNH
5.1. Cơ sở nghiên cứu và xây dựng
Việc nghiên c u xây dựng các bài thực hành sử dụng với m hình hệ thống
máy phát điện sóng biển được dựa trên 2 cơ sở: c ng nghệ kỹ thuật và lý luận sư
phạm. Cơ sở c ng nghệ kỹ thuật đã được trình bày trong các Chương 1, 2 và 3.
Chương này chỉ trình bày phần cơ sở lý luận sư phạm.
5.1.1. Thiết bị đào tạo
Theo Lotx Klinbơ (Đ c) thì thiết bị đào tạo (hay còn gọi là đồ dùng dạy học,
thiết bị dạy học, dụng cụ...) là t t cả những phương tiện vật ch t cần thiết cho giáo
viên và học sinh tổ ch c và tiến hành hợp lý, có hiệu quả quá trình giáo dưỡng và
giáo dục ở các m n học, c p học [13, tr.11].
Thiết bị đào tạo là một bộ phận của cơ sở vật ch t trư ng học. Một nhà trư ng
hiện đại chính là một nhà trư ng vừa có chương trình, phương pháp đào tạo hiện
đại, vừa phải có cơ sở vật ch t sư phạm hiện đại.
Thiết bị đào tạo là thuật ngữ chỉ một vật thể hoặc một tập hợp đối tượng vật
ch t mà ngư i giáo viên sử dụng với tư cách là phương tiện truyền đạt và điều khiển
hoạt động nhận th c của học sinh, còn đối với ngư i học thì đó là các nguồn tri
th c, là các phương tiện hỗ trợ cho hoạt động nhận th c và rèn luyện kỹ năng, kỹ
xảo.
Hiện nay, do sự bùng nổ của c ng nghệ th ng tin và truyền th ng nên ngày
nay có r t nhiều các thiết bị ng dụng c ng nghệ th ng tin và truyền th ng đã được
đưa vào nhà trư ng.
Phân loại thiết bị đào tạo trong các phương tiện dạy học: thiết bị đào tạo là
phần phương tiện được thiết kế kỹ thuật và thiết kế sư phạm với mục đích giáo dục
và mục đích sử dụng đã định ra trước. Trong số các phương tiện dạy học còn có
nhiều th kh ng phải là thiết bị đào tạo. Thiết bị đào tạo có hai loại chủ yếu là học
cụ và học liệu.

Trang 59
- Dụng cụ dạy học có ch c năng c ng cụ giúp giáo viên (GV) và học sinh
(HS) tiến hành hoạt động của mình, trong đó trọng tâm là hoạt động xử lý đối
tượng.
- Tài liệu học tập có ch c năng nguồn học v n (th ng tin, tri th c, giá trị) làm
đối tượng để GV và HS xử lý, t c là ch c năng đối tượng. Trong mọi hoạt động đều
có GV và HS, vật liệu (học liệu) phải chế biến, xử lý và c ng cụ mà GV và HS phải
dùng để tác động vào vật liệu nhằm chế tạo ra sản phẩm mình muốn.
5.1.2. Thiết bị đào tạo trong các cơ sở đào tạo
Thiết bị đào tạo trong các cơ sở đào tạo là t t cả các chủng loại trang thiết bị,
m hình học cụ, đồ dùng, phương tiện dạy học, dùng cho dạy-học lý thuyết và thực
hành ở trong một trư ng đào tạo. Phân loại thiết bị đào tạo được trình bày ở Hình
5.1.
TBDH trong đào
tạo nghề
- TBDH thực hành
- TBDH thí nghiệm
TBDH dùng chung
+ TBDH thực tập cơ bản
+ TBDH thực tập nâng cao; TTSX
+ TB thí nghiệm
+ Máy chiếu các loại
+ Máy chiếu đa năng
+ Projector kết nối máy tính
Hình 5. 1: Thiết bị đào tạo trong cơ sở đào tạo.
Thiết bị đào tạo trong trư ng dạy nghề là t t cả các phương tiện vật ch t được
giáo viên và học sinh sử dụng nhằm thực hiện có hiệu quả nội dung chương trình
dạy học trong các cơ sở đào tạo.
5.1.3. Vai trò và yêu cầu của thiết bị đào tạo ở cơ sở đào tạo
Có thể khai thác được những khả năng sư phạm th ng qua mục sử dụng thiết

Trang 60
bị đào tạo như:
(1) Nâng cao tốc độ tri giác th ng tin của cả ngư i dạy và ngư i học;
(2) Cho phép cả thầy và trò tăng khối lượng kiến th c trong quá trình trao đổi
và giúp tiết kiệm th i gian lĩnh hội;
(3) Cho phép di n đạt một cách tư ng minh, sâu sắc và sinh động những kiến
th c, hiện tượng trừu tượng bằng cách nhiều cách đơn giản, d hiểu khác nhau;
(4) Góp phần rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo th ng qua hoạt động thư ng xuyên
với c ng cụ, phương tiện, kết hợp với trí óc chân tay;
( ) Thiết bị đào tạo tạo ra m i trư ng sinh động mà trong đó ngư i học đóng
vai trò là chủ thể được hoạt động thực sự với thiết bị đào tạo tạo ra những sự l i
cuốn, h p dẫn đối với cả ngư i dạy và ngư i học, phát huy tối đa tích cực tham gia
các hoạt động nhận th c.
5.2. Nội dung các bài thực hành
5.2.1. Bài 1: Nghiên cứu lắp ráp hệ thống
1. Mục đích
- Nắm được trình tự định vị và lắp ráp hệ thống.
- Hu n luyện tính làm việc an toàn, cẩn thận, chính xác.
2. Các bộ phận của hệ thống và dụng cụ cần thiết
- Kết c u đế dưới (phần đặt trong nước) trình bày ở Hình .2.
Hình 5. 2. Chân đế dưới của hệ thống máy phát điện sóng biển.

Trang 61
- Kết c u đế trên, để gắn hệ truyền động chính trình bày Hình .3.
Hình 5. 3: Chân đế trên của hệ thống máy phát điện sóng biển.
- Kết c u cần phao trình bày ở Hình .4.
Hình 5. 4: Cần phao của hệ thống máy phát điện sóng biển.
- Kết c u các phao trình bày ở Hình . .

Trang 62
Hình 5. 5: Hai phao của hệ thống máy phát điện sóng biển.
- Kết c u các hộp số, bánh đà trình bày ở Hình .6.
Hình 5. 6: Hộp số, bánh đà của hệ thống máy phát điện sóng biển.
- Kết c u máy phát và tủ điện trình bày ở Hình .7.
Hình 5. 7: Máy phát và tủ điện của hệ thống máy phát điện sóng biển.

Trang 63
- Các dụng cụ c lê, mỏ lết, búa, bu l ng các loại, thước dài, thước kẹp đo, các
dụng cụ khác, …
3. Trình tự thực hiện
a. Khảo sát, xác định vị trí lắp đặt phù hợp: độ sâu, biên độ sóng, nền cát,
khoảng cách từ b 20~ 0m;
b. Vận chuyển, đặt và neo giữ đế dưới tại vị trí đã chọn ở bước a (lưu ý: vị trí
đặt đế dưới phải đảm bảo chiều của cần phao tính từ đế phải cùng chiều di chuyển
của sóng biển);
c. Vận chuyển, dùng bu l ng lắp xiết để gắn đế trên vào đế dưới;
d. Lắp bánh đà, máy phát;
e. Lắp tủ điện;
f. Lắp phao và cần phao sau đó lắp vào đế trên. Cân chỉnh để hệ thống truyền
động hoạt động nhẹ nhàng, sau đó đưa các cần phao về vị trí nghỉ (phao nằm trên
mặt nước);
g. Lắp t m chắn sóng.
4. Trả lời và thực hiện các nội dung
a. M tả từng bộ phận: kích thước; vật liệu; ch c năng từng bộ phận; …
b. M tả trình tự lắp đặt;
c. Khảo sát và dùng thước dài, thước kẹp đo, các dụng cụ khác, … ghi các
th ng số vào Bảng .1.
Bảng 5. 1: Bảng thống kê thông số các bộ phận, chi tiết
Tên bộ phận, chi tiết
Kích thước
(dài×rộng×cao)m
Loại thép/vật
liệu
Độ dày
(mm)
Đế dưới
Đế trên
Khung bảo vệ bánh đà, máy
phát điện
Vỏ tủ điện
T m chắn

Trang 64
Phao
Đường kính (mm) Dài (m) Loại thép
Trục chính
Trục phụ
Đường kính (m) Số lượng Số răng
Líp trên 01 trục phụ
Líp trên trục chính
Đường kính (m) Dày (mm) Vật liệu
Bánh đà
Kích thước Số lượng Tỉ số truyền
Hộp tốc độ
Uđm (V) Số lượng
Nđm
(vòng/phút)
Máy phát điện
Uđm (V) Số lượng Q (Ah)
Ắc quy
Uvào (V) (AC/DC) Số lượng
Ura (V)
(AC/DC
Inverter
Số lượng Iđm (A)
CB
Số lượng Uđm (V)
Đèn E27
5.2.2. Bài 2: Vận hành hệ thống
Kết c u m hình hệ thống sau lắp đặt hoàn chỉnh như Hình .8 (M mình 3D)
và Hình .9 (M hình thật).

Trang 65
Đế dưới
Thép V100
Đế trên
Thép V100
Cần phao ngắn
60
Cần phao dài
60
Tủ điện
Tấm chắn
Hình 5. 8: M hình hệ thống dạng 3D.
Hình 5. 9: M hình thực tế của hệ thống.
1. Mục đích
- Nắm được trình tự vận hành hệ thống;
2. Các bộ phận và dụng cụ cần thiết
- Hệ thống được lắp đặt hoàn chỉnh
- C lê, mỏ lết.

Trang 66
a. Kiểm tra trước khởi động
+ Kiểm tra toàn diện cơ c u truyền động: bằng giác quan khớp nối phải chặt,
quay bánh đà theo chiều THUẬN và quan sát có gì b t thư ng (Hình .10 và .11).
Hình 5. 10: Cơ c u truyền động (Bánh đà).
Hình 5. 11: Cơ c u truyền động xích, líp.
+ 2 cần phao và t m chắn sóng phải ở vị trí NGHỈ (2 phao được nâng lên
khỏi mặt biển).
+ Các CB ở trạng thái NGẮT (Hình .12).

Trang 67
Hình 5. 12: CB ở trạng thái ngắt.
b. Khởi động
+ Quay bánh đà lến đến ~ 100 vòng/phút;
+ Hạ t m chắn sóng xuống (Hình .13);
Hình 5. 13: T m chắn ở vị trí dưới nước
+ Hạ cần phao th 1;
+ Hạ cần phao th 2 (Hình .14).

Trang 68
Hình 5. 14: Hai cần phao và hai phao đang ở dưới nước.
+ Bật CB th 1 (Đóng ngắt từ máy phát cung c p) về trạng thái ON (Hình .1 ).
Hình 5. 15: CB ở trạng thái đóng.
+ Bật CB th 2 (máy phát cung c p trực tiếp cho tải 1 và bộ nạp accu);
+ Bật CB th 3 (accu cung c p cho tải 2).
c. Dừng hệ thống:
+ Xả tháo t m chắn sóng;
+ Nâng phao th 1 về vị trí NGHỈ;
+ Nâng phao th 2 về vị trí NGHỈ;
+ Bánh đà quay chậm dần rồi ngừng (hãm tái sinh);
+ Lần lượt ngắt t t cả CB.
- M tả trình tự khởi động và dừng hệ thống;

Trang 69
- Vì sao khi khởi động, phải quay bánh đà trước, cho lần lượt t m chắn và
các cần phao vào làm việc?
- Vì sao khi dừng hệ thống, trình tự ngược lại khi khởi động?
5.2.3. Bài 3: Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống
1. Mục đích
- Năm được nguyên lý làm việc của hệ thống;
- Trả l i được một số câu hỏi;
Hệ thống được lắp đặt hoàn chỉnh, đồng hồ b m th i gian, đồng hồ đo dòng
điện DC, đo điện áp AC-DC; đèn led E27 220V- W; …
a. Cho hệ thống vận hành như Bài 2.
Hình 5. 16: Hệ thống máy phát điện sóng biển đang hoạt động.
b. Quan sát chuyển động nh p nh của các phao, ghi lại biên độ và tần số
nh p nh (lần/phút) của chúng.
c. Quan sát dao động của t m chắn sóng, ghi lại tần số dao động (lần/phút)
của nó.

Trang 70
d. Quan sát chuyển động của các cần phao; thanh truyền trên cần phao và tay
quay gắn với đĩa sơ c p.
e. Quan sát chuyển động của bánh đà, ghi lại tốc độ quay của nó.
f. Quan sát chuyển động quay máy phát điện. Bật t t cả 3 CB sang trạng thái
ON. Quan sát hoạt động của 2 đèn. Ghi lại các giá trị trên các đồng hồ đo.
- Nêu nguyên lý làm việc của hệ thống;
- Ghi các giá trị đo đọc được vào Bảng .2.
Bảng 5. 2: Thống kê các thông số vận hành.
Nội dung Đơn vị Giá trị Ghí chú
Biên độ nh p nh của phao m
T n số nh p nh của phao Lần/phút
Tàn số dao động của t m chắn Lần/phút
Tốc độ quay của bánh đà Vòng/phút
Dòng điện nạp Inạp trên đồng hồ A A
Điện áp của máy phát trên V1 V
Điện áp ra sau trên V2 V
- Quan sát hệ thống làm việc: quan sát chế độ sáng đèn 1 và giải thích; quan
sát chế độ sáng đèn 2 và giải thích.
Hình 5. 171: Tủ điện và các thiết bị đo.

Trang 71
5.2.4. Bài 4: Khảo sát mối quan hệ giữa năng lượng ngõ vào và công suất điện
đầu ra
1. Mục đích
- Biết được mối quan hệ giữa năng lượng ngõ vào (t m chắn, phao) với c ng
su t điện ngõ ra;
- Hu n luyện tính làm việc cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc và an toàn.
Hệ thống hoàn chỉnh đầy đủ các bộ phận và chi tiết đi kèm.
a. Vận hành hệ thống với t m chắn sóng: đọc tốc độ quay bánh đà; I nạp
accu; V đèn 1, I đèn 2, V đèn 2;
b. Hạ phao th 1 xuống làm việc: đọc tốc độ quay bánh đà; I nạp accu; V đèn
1, I đèn 2, V đèn 2;
c. Tiếp tục hạ phao th 2 xuống làm việc: đọc tốc độ quay bánh đà; I nạp
accu; V đèn 1, I đèn 2, V đèn 2.
- Lập Bảng .3. dựa vào các giá trị ghi được ở trên;
Bảng 5. 3: Thống kê các trạng thái vận hành
Trạng thái vận hành
N bánh đà
(vòng/phút)
Inạp
(A)
Iđèn 2
(A)
Vđèn 1 (V) Vđèn 2(V)
T m chắn
T m chắn + phao 1
T m chắn + phao 1 +
phao 2
Giải thích thay đổi các dòng điện, điện áp, độ sáng các đèn ng với các trạng
thái?
5.2.5. Bài 5: Tháo dỡ hệ thống và vệ sinh bảo trì
1. Mục đích
- Biết được quy trình tháo dỡ và vệ sinh,bảo trì hệ thống;

Trang 72
- Rèn luyện ý th c làm việc nghiêm túc, cẩn thẩn và an toàn.
Hệ thống hoàn chỉnh đầy đủ các bộ phận và chi tiết đi kèm.
a. Tháo dỡ theo trình tự ngược lại trong bài 1;
b. Đưa t t cả bộ phận chi tiết về vị trí vệ sinh;
c. Vệ sinh sạch nước biển;
d. Tra dầu mỡ vào ổ trượt, ổ đỡ, xích, líp bánh cóc, …;
e. Vận chuyển và lưu kho.
M tả các bước tháo dỡ và vệ sinh bảo trì.
5.3. Kết luận
Đối với các buổi thực hành trong học phần “Năng lượng tái tạo” của nhóm
ngành Điện hoặc “Nguyên lý máy” của nhóm ngành Cơ khí cần phải đảm bảo đủ cả
2 yếu tố: an toàn và hiệu quả.
Do đó, nên bố trí các buổi thực hành từ tháng 4 đến tháng 8 hàng năm. Chú ý
đến các ngày theo lịch âm trong tháng (lịch mặt trăng), theo đó vào các ngày từ
mùng 10 đến 20 vùng biển Tuy Hòa và lân cận có 1 cơn triều/ngày, các ngày còn lại
có thể có 2 cơn triều/ngày.
Các địa điểm đã khảo sát phù hợp cho thiết kế các buổi thực hành: vùng biển
Phú Thư ng, huyện Tuy An; vùng biển các phư ng 6, 7, 9 và Phú Đ ng, thành phố
Tuy Hòa; vùng biển bãi Gốc và vùng biển Cảng Vũng R , Huyện Đ ng Hòa.

Máy phát điện sóng biển

Máy phát điện sóng biển

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Máy phát điện sóng biển

Similar to Máy phát điện sóng biển (20)

More from Man_Ebook

More from Man_Ebook (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Máy phát điện sóng biển