Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Cơ khí: Nghiên cứu thu năng lượng sóng biển tuyến tính

ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP. HӖ CHÍ MINH 75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA +¬3+ѬѪ1* NGHIÊN CӬ83+ѬѪ1*3+È37+8NĂ1*/ѬӦNG SÓNG BIӆN BҴNG Hӊ HҨP THU TUYӂN TÍNH LUҰN ÁN TIӂ16Ƭ TP. HӖ CHÍ MINH - 1Ă01 ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP. HCM 75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA +¬3+ѬѪ1* NGHIÊN CӬ83+ѬѪ1*3+È37+81Ă1*/ѬӦNG SÓNG BIӆN BҴNG Hӊ HҨP THU TUYӂN TÍNH Chuyên ngành: Kӻ thuұW&ѫ.Kt Mã sӕ chuyên ngành: 62520103 Phҧn biӋQÿӝc lұp: PGS.

NguyӉn NgӑF3KѭѫQJ Phҧn biӋQÿӝc lұp: PGS. Ngô Quang HiӃu Phҧn biӋQ3*676/ѭѫQJ+ӗng Sâm Phҧn biӋn: PGS. Lê ThӇ TruyӅn Phҧn biӋQ3*676/ѭX7KDQK7QJ 1*ѬӠ,+ѬӞNG DҮN: 1.TS TrҫQ'RmQ6ѫQ 767UѭѫQJ4Xӕc Thanh LӠ,&$0Ĉ2$1 7{L WrQ Oj +j 3KѭѫQJ KLӋQ ÿDQJ F{QJ WiF Wҥi Bӝ 0{Q &ѫ/ѭX &Kҩt, Khoa Kӻ Thuұt Xây DӵQJ7UѭӡQJĈҥi Hӑc Bách Khoa ± Ĉҥi hӑc Quӕc gia TP. Tôi xin FDPÿRDQÿk\OjF{QJWUuQKQJKLrQFӭu cӫa bҧn thân tác giҧ.

Các kӃt quҧ nghiên cӭu và các kӃt luұn trong luұn án này là trung thӵc, và không sao chép tӯ bҩt kǤ mӝt nguӗn nào YjGѭӟi bҩt kǤ hình thӭc nào. ViӋc tham khҧo các nguӗn tài liӋXÿmÿѭӧc thӵc hiӋn trích dүn và ghi nguӗn tài liӋu tham khҧRÿ~QJTX\ÿӏnh. Ngày / /2021 Tác giҧ luұn án Chͷ ký +j3KѭѫQJ i TÓM TҲT LUҰN ÁN HiӋn nay, trên thӃ giӟi viӋc sӱ dөQJQăQJ Oѭӧng hóa thҥch làm phát sinh khí thҧi CO2 gây ra ô nhiӉPP{LWUѭӡng, hiӋu ӭng nhà kính làm ҧnh hѭӣng tiêu cӵFÿӃQP{LWUѭӡng sӕng cӫa chúng ta, do nhu cҫu phát triӇn cӫa kinh tӃ làm nguӗQQăQJOѭӧQJQj\ÿDQJ ngày càng cҥn kiӋt. Vì vұy, viӋc tìm các nguӗn QăQJOѭӧng tái tҥo không gây ô nhiӉm P{LWUѭӡng và bӅn vӳng ÿӇ thay thӃ là vҩQÿӅ cҩp bách.

Mӝt trong nhӳng nguӗQQăQJ Oѭӧng tái tҥo có thӇ GQJOjQăQJOѭӧng sóng biӇn (NLSB)ĈһFÿLӇm cӫDQăQJOѭӧng sóng biӇn khác nhau tҥi tӯQJQѫLWUrQWKӃ giӟi, nên các thiӃt bӏ NKDLWKiFFNJQJNKiFQKDX ӣ các vùng biӇn khác nhau. Mөc tiêu cӫa luұn án là nghiên cӭXSKѭѫQJSKiSNKDLWKiF QăQJOѭӧng sóng biӇn bҵng hӋ hҩp thu tuyӃn tính cho vùng biӇn ViӋt Nam. Trong ÿy QDPFKkPYƭQKFӱu chuyӇQÿӝng tӏnh tiӃn trong ӕng dây ÿӇ hҩp thu và chuyӇQÿәi QăQJ OѭӧQJVyQJWKjQKÿLӋQQăQJ 1ăQJOѭӧng ÿLӋn sau khi khai thác sӁ ÿѭӧc tích trӳ vào bӝ OѭXWUӳ. KӃt quҧ thӵc nghiӋm cho thҩy hiӋu quҧ cӫa hӋ thӕQJÿDQJQJKLrQFӭu.

Ngoài ra, luұQiQFzQÿӅ ra biӋn pháp nâng cao hiӋu suҩt khai thác NLSB dӵDWUrQFiFÿLӅu kiӋn ràng buӝc cө thӇ ÿӕi vӟLSKѭѫQJWUuQKÿӝng lӵc hӑc cӫa hӋ SKDRWKX1/VDXÿyÿӅ ra giҧi pháp công nghӋ ÿӇ thӵc hiӋn biӋn pháp nâng cao hiӋu suҩt khi khai thác NLSB ngoài thӵc tӃ. Cuӕi cùng luұQiQÿӅ xuҩWSKѭѫQJiQ[k\Gӵng hӋ thӕQJNKDLWKiFQăQJ Oѭӧng sóng phù hӧSÿӇ cung cҩSQăQJOѭӧQJÿLӋn cho các tàu khai thác thӫy sҧn trên các vùng biӇn ViӋt Nam FyWtQKÿӃn yӃu tӕ thӫy triӅu. ii ABSTRACT Currently, in the world, the usage of fossil energy generates CO2 emissions causing environmental pollution and the greenhouse effect which negatively affect our living environment, due to the development needs of the economy. This energy source is increasingly exhausted.

Therefore, finding renewable and sustainable alternative energy sources that do not pollute the environment is urgent. One of the renewable energy sources we can use is wave energy. The characteristics of ocean wave energy are different in different parts of the world, so the mining equipment is also different in different seas. The objective of the thesis is to study the method of exploiting ocean wave energy with a linear generator for Vietnam's seas.

In this method, permanent magnets move in a translational way in the wire to absorb and convert wave energy into electricity. The electric energy, after being exploited, will be stored into super capacitors. The experimental results show the effectiveness of the system under study. In addition, the thesis also proposes measures to improve the efficiency of exploiting ocean wave energy based on specific binding conditions for the kinetic equation of the energy-collecting buoy system, then propose technology solutions to take measures to improve efficiency when exploiting the actual offshore wave energy.

Finally, the thesis also proposes a suitable wave energy exploitation system to supply electric energy for fishing ships in Vietnam's seas. iii LӠ,&È0Ѫ1 Trong suӕt quá trình hӑc tұp, nghiên cӭu và hoàn thiӋn luұQ iQ Qj\ W{L ÿm QKұn ÿѭӧc sӵ Kѭӟng dүQJL~Sÿӥ quý báu cӫa các thҫy cô, các anh, chӏ, em, các bҥQÿӗng P{Qÿӗng nghiӋp. Tôi xin gӱi lӡi cҧPѫQFKkQWKjQKWӟi PGS. TrҫQ'RmQ6ѫQYà 767UѭѫQJ4XӕF7KDQKKDLQJѭӡi Thҫy kính mӃQÿmWұQWuQKKѭӟng dүn, chӍ bҧRÿӝng viên và tҥo mӑLÿLӅu kiӋn thuұn lӧi cho tôi nghiên cӭu, hӑc tұp ÿӇ hoàn thành luұn án.

Tôi xin chân trӑng cҧPѫQ%DQ*LiP+LӋX3KzQJĈjR7ҥR6DXĈҥi HӑF.KRD&ѫ Khí, Bӝ Môn ChӃ Tҥo Máy cӫD7UѭӡQJĈҥi Hӑc Bách Khoa Thành Phӕ Hӗ Chí Minh ÿmWҥo mӑLÿLӅu kiӋn thuұn lӧi tôi trong quá trình hӑc tұp, nghiên cӭu và hoàn thiӋn luұn án. Xin gӱi lӡi cҧPѫQ ÿӃn các bҥQÿӗng nghiӋp các thҫy cô trong Bӝ 0{Q&ѫ/ѭX&Kҩt ÿmFyQKLӅu JL~Sÿӥ FNJQJQKѭKѭӟng dүn tôi trong quá trình thӵc hiӋn luұn án. Xin cҧPѫQEa, mҽ, em, vӧ cùng hai cô con gái yêu quý luôn bên tôi, hӃt OzQJWKѭѫQJ yêu, quan tâm, sҿ chia, ӫng hӝÿӝng viên tinh thҫn, tình cҧm, giúp tôi có nghӏ lӵFÿӇ hoàn thành quyӇn luұn án này. iv MӨC LӨC DANH MӨC CÁC HÌNH ҦNH.ix DANH MӨC BҦNG BIӆU.

xiii DANH MӨC CÁC TӮ VIӂT TҲT .xiv TӘNG QUAN Vӄ 3+ѬѪ1* 3+È3 7+8 1Ă1* /ѬӦNG SÓNG BIӆN BҴNG Hӊ HҨP THU TUYӂN TÍNH .1 1ăQJOѭӧng sóng biӇn và thӵc trҥng khai thác nguӗQQăQJOѭӧng sóng biӇn trên thӃ giӟi .1 1ăQJOѭӧng sóng biӇn .2 7KӵFWUҥQJNKDLWKiFQăQJOѭӧQJVyQJELӇQWUrQWKӃJLӟL. 4 Syng vj QăQJOѭӧQJVyQJELӇQ9LӋW1DP .1 ĈһFÿLӇPFӫDVyQJELӇQ9LӋWQDP.2 Thông sӕ hình hӑc cӫa sóng biӇn ViӋt Nam .7 &iFSKѭѫQJSKiSNKDLWKiFQăQJOѭӧQJVyQJELӇQWUrQWKӃJLӟL .1 3KѭѫQJSKiSVӱ dөng hӋ tuyӃn tính .2 3KѭѫQJSKiSVӱ dөng hӋ không tuyӃn tính .3 So sánh hӋ thu NLSB dùng hӋ tuyӃn tính và không tuyӃn tính .4 Các nghiên cӭXQJRjLQѭӟc vӅ hӋ thӕng thu NLSB tuyӃn tính.5 Tình hình nghiên cӭu ӣ ViӋt Nam vӅ khai thác NLSB .6 Nhӳng nӝi dung mӟi cҫn nghiên cӭu giҧi quyӃt.26 ;iFÿӏnh nhiӋm vө nghiên cӭu .1 Mөc tiêu cӫDÿӅ tài nghiên cӭu .2 ĈӕLWѭӧng và phҥm vi nghiên cӭu .3 3KѭѫQJSKiSYjQӝi dung nghiên cӭu .4 éQJKƭDNKRDKӑc và thӵc tiӉn cӫa luұn án. 29 KӃt luұQFKѭѫQJ. 30 &Ѫ6Ӣ LÝ THUYӂT VÀ MÔ PHӒNG HIӊU SUҨT THU HӖI CӪA Hӊ TUYӂN TÍNH .1 3KѭѫQJWUuQKP{Wҧ mһWQѭӟc tӵ GRÿӕi vӟLVyQJÿѫQKunh Sine .2 1ăQJOѭӧng sóng .3 7K{QJOѭӧQJQăQJOѭӧng sóng .4 Công suҩt sóng:.

35 &ѫVӣ cӫDSKѭѫQJSKiSFKX\ӇQÿәLQăQJOѭӧQJVyQJVDQJQăQJOѭӧQJFѫ .1 Xây dӵQJP{KuQKÿӝng lӵc hӑc cӫa hӋ SKDRÿDQJÿѭӧc nghiên cӭu .2 Mô phӓng hoҥWÿӝng cӫa hӋ SKDRWKXQăQJOѭӧng .42 KӃt luұQFKѭѫQJ .44 1JKLrQFӭX[k\GӵQJKӋWKӕQJWKtQJKLӋP .1 1JKLrQFӭX[k\GӵQJNrQKWҥRVyQJFyNKҧQăQJWҥRUDVyQJFyWK{QJVӕ ÿӗQJGҥQJYӟLWK{QJVӕVyQJWKӵFWӃ .45 vi Xây dӵng hӋ thӕng kênh tҥo sóng.49 ChӃ tҥo hӋ WKXQăQJOѭӧng tuyӃn tính phөc vө thí nghiӋm .2 Xây dӵng bӝ phұn chuyӇQÿәL1/FѫVDQJ1/ÿLӋn.3 7KLӃWNӃFKӃWҥRKӋWKӕQJWKXQăQJOѭӧQJÿLӋQ .57 KӃt luұQFKѭѫQJ. 60 Thӵc nghiӋm thu NLSB cӫa hӋ thӕng thu tuyӃn tính .60 ĈiQKJLiKLӋu suҩWWKXQăQJOѭӧng cӫa hӋ thӕng thu tuyӃn tính.64 KӃt luұQFKѭѫQJ. 65 NGHIÊN CӬU GIҦI PHÁP NÂNG CAO HIӊU SUҨT THU HӖI NĂ1*/ѬӦNG TӮ SÓNG BIӆN.66 Xây dӵng các ràng buӝFÿӇ SKDRWKXÿѭӧc NL sóng tӕLÿD. 66 Xây dӵng biӇXÿӗ tӍ sӕ giӳDELrQÿӝ dao ÿӝQJSKDRYjELrQÿӝ GDRÿӝng cӫa sóng: 69 Tính toán, mô phӓng hӋ phao .1 7Uѭӡng hӧp thӓDÿLӅu kiӋn: .3 HiӋu suҩWSKDRWKXÿѭӧc.4 7Uѭӡng hӧp hӋ phao có cӝQJKѭӣQJQKѭQJNK{QJNKӓDÿLӅu kiӋn 2 .75 Thí nghiӋm kiӇm chӭng hiӋu quҧ .1 Chuҭn bӏ thí nghiӋm .78 Giҧi pháp công nghӋ:.

78 KӃt luұQFKѭѫQJ. 80 KӂT LUҰ19¬+ѬӞNG PHÁT TRIӆN .81 NhӳQJÿyQJJySPӟi cӫa luұn án .81 +ѭӟng phát triӇn cӫDÿӅ tài .1 Tính cҩp thiӃt cӫa viӋc xây dӵng các trҥPWKX1/6%ÿӇ phөc vө FiFSKѭѫQJ tiӋQOѭXWK{QJWUrQELӇn.2 ĈӅ xuҩt mô hình thu NLSB thӵc tӃ:. 85 KӃt luұQFKѭѫQJ .88 TÀI LIӊU THAM KHҦO .94 Phө lөc 1: Dӳ liӋu thí nghiӋm tҥo sóng .94 Phө lөc 2: Mô phӓng kênh tҥo sóng .108 Phө lөF1ăQJOѭӧng nҥp tө ÿLӋn .114 viii DANH MӨC CÁC HÌNH ҦNH Hunh 1.1 Các ngu͛QQăQJO˱ͫQJÿ˱ͫc s͵ dͭng trên th͇ giͣLÿ͇QQăP2040 [1] .2 Chi͉u cao sóng trung bình (mét) toàn c̯XQăP2018 [3] .3 Chu kǤ sóng trung bình (giây) toàn c̯XQăP2018 [3] .4 Phân b͙ NLSB trên toàn th͇ giͣLQăP2018 (kW/m) [3] .5 Chi͉u cao sóng trung bình m͟LWKiQJQăP2018 ͧ Bi͋QĈ{QJ P >3].6 Ĉ̿FÿL͋m syng vng bi͋n Phan Thi͇WWUXQJEuQKQăP .8 H͏ không tuy͇n tính .9 H͏ th͙ng khai thác NLSB Pelamis [13].10 Hai d̩QJSKDRÿ˱ͫc nghiên cͱu trong tài li͏u [20] .11 So sánh kh̫ QăQJWKXQăQJO˱ͫng cͯa hai d̩QJSKDRÿ˱ͫc nghiên cͱu trong [20] .12 D̩ng phao hình nón cͭWÿ˱ͫc nghiên cͱu trong [21] .13 D̩ng phao hình trͭ ÿ˱ͫc nghiên cͱu trong [22] .14 K͇t qu̫ nghiên cͱu thông s͙ trong bài báo [22] .15 Hai d̩QJSKDRÿ˱ͫc nghiên cͱu trong bài báo [23] .16 Ĉ͛ th͓ so sánh hi͏u qu̫ thu NL ͧ hai d̩QJSKDRÿ˱ͫc nghiên cͱu trong [23].17 Ba d̩QJSKDRÿ˱ͫc nghiên cͱu trong [24] .18 +DLWU˱ͥng hͫp ng̵p cͯDSKDRÿ˱ͫc nghiên cͱu trong tài li͏u [25] .19 Ba d̩QJSKDRÿ˱ͫc nghiên cͱu trong bài báo [6] .20 Các l͹c thành ph̯n Fi và l͹c t͝ng F tác dͭng lên phao c̯u [6] .21 ̪QKK˱ͧng cͯa chi͉XFDRVyQJÿ˱ͥQJNtQKSKDRÿ͇n kh̫ QăQg h̭p thu NLSB [26] .22 Kh̫ QăQJWKX1/ͱng vͣLFiFÿ˱ͥQJNtQKNKiFQKDXÿ˱ͫc nghiên cͱu trong [28] .1 Các thông s͙ F˯E̫n cͯa m͡t con sóng .2 6˯ÿ͛ phân b͙ QăQJO˱ͫng sóng [27] .3 6˯ÿ͛ phân tích l͹c cͯa phao c̯u .4 Mô ph͗QJQăQJO˱ͫQJF˯SKDRWKXÿ˱ͫc ͱng vͣi thông s͙ sóng tháng 5 .rQKVyQJÿmÿ˱ͫc xây d͹ng trong phòng thí nghi͏m, (1) Máy t̩o sóng, (2) 7KjQKPLFD  .tFKWK˱ͣc nêm t̩o syQJ E &˯F̭u t̩o sóng sau ch͇ t̩R  Ĉ͡QJF˯ Servo, (2) Nêm t̩o sóng .3 &˯F̭XWKD\ÿ͝LFiQKWD\ÿzQQK˱KuQK D %̫n vͅ nguyên lý, (b) Mô hình sau ch͇ t̩R  5D\WU˱ͫt, (2) Vít me bi, (3) B͡ ph̵n k͇t n͙i, (4) Motor gi̫m t͙c, (5) Nêm t̩o sóng.tFKWK˱ͣc b͡ h̭p thu; (b) B͡ ph̵n h̭SWKXWURQJ371  /˱ͣi s̷t, (2) /˱ͣi t͝ ong .5 6˯ÿ͛ h͏ th͙ng ÿL͉u khi͋QYjÿRWK{QJV͙ sóng .6 H͏ th͙QJÿL͉u khi͋n t̩o sóng sau xây d͹QJ  &˯F̭u t̩o sóng, (2) B͡ ÿL͉u khi͋Q  6HQVRUÿRWK{QJV͙ sóng, (4) Kênh t̩RVyQJ  6HQVRUÿRÿ͡ l͏ch tâm.7 &˯F̭XÿRELrQÿ͡ VyQJ D 6˯ÿ͛ nguyên lý, (b) Mô hình sau ch͇ t̩o.8 Phao c̯u v̵t li͏u nh͹a .9 0i\SKiWÿL͏n tuy͇n tính sau khi ch͇ t̩o .10 H͏ th͙ng thu NLSB .11 6˯ÿ͛ m̩ch ch͑QKO˱XF̯u Diod .1 6˯ÿ͛ b͙ trí phao theo con sóng 60 Hình 4.2 Mô ph͗QJÿL͏n th͇ sinh ra ͧ các máy (a) Hi͏XÿL͏n th͇ 3 máy, (b) hi͏XÿL͏n th͇ sau khi ch͑QKO˱X .3 6˯ÿ͛ h͏ th͙ng thí nghi͏m (1) I/O Card, (2) B͡ O˱XWUͷ, (3) M̩ch chuy͋Qÿ͝i AC, (4) máy phát tuy͇n tính .4 Ĉ͛ th͓ hi͏XÿL͏n th͇ tͭ ÿL͏n trong quá trình thí nghi͏m .5 Ĉ͛ th͓ QăQJO˱ͫng tͭ ÿL͏QWKXÿ˱ͫc trong quá trình thí nghi͏m .1 %LrQÿ͡ GDRÿ͡ng cͯa phao ͧ WU˱ͥng hͫp t͙L˱X 71 Hunh 5.2 Bi͋u ÿ͛ t͑ s͙ giͷDELrQÿ͡ GDRÿ͡QJSKDRYjELrQÿ͡ GDRÿ͡ng cͯa sóng .3 %LrQÿ͡ GDRÿ͡ng cͯa phao .4 Bi͋Xÿ͛ t͑ s͙ giͷDELrQÿ͡ GDRÿ͡QJSKDRYjELrQÿ͡ GDRÿ͡ng cͯa sóng .5 %LrQÿ͡ GDRÿ͡ng cͯa phao .6 Bi͋Xÿ͛ t͑ s͙ giͷa biên ÿ͡ GDRÿ͡QJSKDRYjELrQÿ͡ GDRÿ͡ng cͯa sóng .7 T͑ l͏ ELrQÿ͡ GDRÿ͡ng cͯa phao và sóng ͧ 3 WU˱ͥng hͫp .8 Hi͏u sṷWSKDRWKXÿ˱ͫc ͧ EDWU˱ͥng hͫp phao .9 %LrQÿ͡ GDRÿ͡ng cͯa phao .10 Bi͋Xÿ͛ t͑ s͙ giͷDELrQÿ͡ GDRÿ͡ng phaRYjELrQÿ͡ GDRÿ͡ng cͯa sóng .11 4XiWUuQKE˯PQ˱ͣFY{SKDRÿ͋ th͗DÿL͉u ki͏n t͙L˱X .12 Bi͋Xÿ͛ thu NLSB cͯa hai d̩ng phao .13 /˱Xÿ͛ [iFÿ͓nh thông s͙ t͙L˱XFKRK͏ phao.14 C̭u t̩o phao c̯u vͣi thông s͙ SKDRWKD\ÿ͝Lÿ˱ͫc .1 Tàu cá Vi͏t Nam 83 Hình 6.2 H͏ th͙QJÿL͏n m̿t trͥi l̷p trên tàu .3 3K˱˯QJiQWKX1/6%ÿ͉ xṷt.86 xii DANH MӨC BҦNG BIӆU B̫ng 1.1 Thông s͙ sóng cͯa Phan Thi͇WQăP2018 [3] .2 B̫ng so sánh h͏ không tuy͇n tính và h͏ tuy͇n tính .3 B̫ng so sánh các v̵t li͏u làm phao [6] .1 Các thông s͙ F˯E̫n cͯa sóng [2] 32 B̫ng 2.2 B̫ng thông s͙ ÿ̯u vào .1 Thông s͙ sóng th͹c t͇ Yjÿ͛ng d̩ng t̩i Phan Thi͇t cùng vͣi thông s͙ sóng t̩Rÿ˱ͫc mô hình thí nghi͏m trong kênh t̩o sóng 55 B̫ng 4.1 Hi͏u sṷt chuy͋Qÿ͝L1/6%VDQJQăQJO˱ͫQJÿL͏n cͯa h͏ th͙ng 64 B̫ng 5.1 B̫ng thông s͙ ÿ̯u vào 70 B̫ng 5.