Danh sách bài viết

Nghiên cứu và chế tạo hệ thiết bị phát điện thông minh từ các nguồn năng lượng mới và tái tạo

Cập nhật: 20/09/2020 | Lượt xem: 48

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. Việc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế đang là bài toán cấp bách của toàn nhân loại. Việt Nam đặt mục tiêu đến năm 2020 cơ bản trở thành một nước công nghiệp, trong đó kinh tế biển chiếm trên 50% GDP.  Nhu cầu về năng lượng đáp ứng nền kinh tế, đặc biệt kinh tế biển, là cực kỳ quan trọng. Do vậy, phát triển các hệ thiết bị phát điện từ các nguồn năng lượng mới và tái tạo  là lựa chọn khả thi cho bài toán thiếu hụt năng lượng,  góp phần đảm bảo an ninh quốc phòng tại các vùng sâu, vùng biển và hải đảo, nơi điện lưới quốc gia không thể vươn tới. Hơn nữa, nguồn năng lượng tái tạo luôn thân thiện với môi trường, không gây ra hiệu ứng nhà kính cũng như ảnh hưởng đến môi trường như các nguồn năng lượng truyền thống đang sử dụng.

Trên thế giới cũng như tại Việt Nam nhiều công trình nghiên cứu, chế tạo công nghệ phát điện từ các nguồn năng lượng mới và tái tạo đã được đưa vào đời sống xã hội. Theo các số liệu tổng hợp, hiện nay Việt Nam đã sản xuất được khoảng 2,5MW điện từ năng lượng mặt trời; về năng lượng gió đã sản xuất được khoảng 46 MW, chủ yếu từ điện gió tại Bạc Liêu và Bình Thuận. Công ty Cơ khí Quang Trung hiện nay đang chế tạo thiết bị phát điện sóng biển ven bờ. Đặc biệt năm 2006 tại Cù Lao Chàm, Viện Cơ học đã xây dựng trạm phát điện từ năng lượng gió công suất 1500W cung cấp điện năng cho đảo, và về năng lượng sóng biển, cuối năm 2011 Viện đã chế tạo thử nghiệm thiết bị phát điện từ sóng biển đặt tại đảo Hòn Dấu-Hải Phòng, bước đầu hiệu quả hoạt động còn chưa cao.  Ngoài ra, Viện  đang nghiên cứu chế tạo thử nghiệm mô hình thiết bị phát điện trực tiếp từ sóng biển công suất nhỏ, thiết bị hoạt động theo phương thẳng đứng, nhằm mục đích sử dụng ngoài khơi xa để cấp điện cho các đảo xa và nhà dàn DKI, góp phần cung cấp điện năng cho các hộ dân ngoài đảo xa và đảm bảo an ninh quốc phòng - chủ quyền biển đảo của Tổ quốc.

Đối với các nguồn phát điện độc lập từ năng lượng mặt trời, gió và sóng biển, vấn đề khó khăn là phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, nên cần tổ hợp các nguồn phát điện độc lập, nhằm tạo ra một hệ thống thiết bị phát điện đảm bảo nguồn điện cấp ra được ổn định. Sau một thời gian nghiên cứu và chế tạo thử nghiệm, Viện Cơ học đã chế tạo thành công hệ thiết bị phát điện thông minh từ các nguồn năng lượng mới và tái tạo. Đây là sản phẩm thuộc đề tài nghiên cứu và phát triển công nghệ VAST 02.04/11-12 “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mẫu hệ thống phát điện bằng năng lượng tái sinh đa năng” (Đề tài được thực hiện trong hai năm 2011-2012 và được nghiệm thu đạt loại Khá vào ngày 08/3/2013, đã công bố 2 bài báo tại Hội thảo trong nước, 1 bài báo tại Hội nghị quốc tế).

Hệ thiết bị phát điện nhận điện đồng thời từ cả 3 nguồn năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sóng biển cho phép đầu vào biến đổi điện áp trong khoảng 9,5V đến 37V (do phụ thuộc vào thời tiết) với cường độ dòng điện lớn được thiết kế lên đến 180A, để nạp tích trữ vào ắc quy và cấp nguồn thông minh đến đầu ra với điện thế ổn định 12VDC, 220VAC tần số 50Hz thực sine với hiệu suất chuyển đổi DC-AC đạt trên 87%.

Nguyen Van Hai 1
Cấu trúc hệ thiết bị tích điện năng lượng tái tạo

Quá trình thiết kế để chế tạo được tính toán với công suất thực 1800W, các nguồn năng lượng đầu vào nhận điện năng từ năng lượng mặt trời, năng lượng gió và năng lượng sóng biển với các thông số: đầu vào năng lượng mặt trời đã thử nghiệm trên panel pin năng lượng mặt trời 595W, khi nhiệt độ ngoài trời 250C cung cấp điện áp ra 17,5V, cường độ dòng điện 34A; đầu vào năng lượng gió được thử nghiệm trên turbine gió công suất 600W, hoạt động khi tốc độ gió 12,5m/s cho điện áp phát ra 18V và cường độ dòng điện 32A; đầu vào năng lượng sóng biển được tính toán thiết kế với một thiết bị phát điện trực tiếp từ năng lượng sóng biển, thiết bị phát điện được thiết kế trên cơ sở sử dụng motor phát điện 03 pha nhập khẩu từ Mỹ với công suất phát điện cực đại đạt 1500W. Ngoài ra để giảm thiểu ảnh hưởng do tác động của tự nhiên đối với thiết bị phát điện hoạt động ở biển, nhóm nghiên cứu lựa chọn xây dựng mô hình thiết bị phát điện từ năng lượng sóng biển khi hoạt động được lắp đặt cố định ở đáy biển. Thiết bị hoạt động theo phương thẳng đứng của sóng biển được tính toán để phù hợp với đặc trưng của sóng biển Việt Nam (như biên độ và chu kỳ sóng biển), trong đó phao của thiết bị được thả nổi trên mặt biển. Khi sóng biển tác động lên phao, phao sẽ dao động và truyền năng lượng đến thiết bị phát điện được lắp đặt cố định ở đáy biển qua dây cáp định hướng theo phương thẳng đứng. Mô hình thiết bị phát điện có ưu điểm phần phát điện của thiết bị nằm ở đáy biển sẽ không bị ảnh hưởng bởi tác động của sóng và bão biển.

Nguyen Van Hai 2 m
Tổng quan mô hình hệ thống phát điện bằng năng lượng tái sinh đa năng gồm 03 nguồn vào

Nguyen Van Hai 2 Nguyen Van Hai 3
Kiểm tra công suất nguồn ra 220VAC 
Đánh giá khối tích hợp 3 nguồn vào đồng thời
Phân tích dạng sóng điện áp phát ra
bởi thiết bị đo Tektronix TDS 2022C – Nhật Bản

Kiểm ra công suất và đánh giá khả năng tích hợp 03 nguồn vào 
từ năng lượng mặt trời, năng lượng gió và năng lượng sóng biển

Nguyen Van Hai 5 Nguyen Van Hai 6
Sóng điện thế 220VAC theo thời gian Sóng điện thế 220VAC theo phổ tần số

Sử dụng phần mềm phân tích và xử lý tín hiệu cho kết quả phân tích điện áp cấp ra 
chỉ có một thành phần duy nhất 220VAC ± 2,27% và tần số 50Hz ± 0,68%

untitled
Kiểm tra hoạt động của Thiết bị phát điện từ năng lượng sóng biển tại phòng thí nghiệm, trước khi thử nghiệm tại biển

Kết quả nhận được cho phép đánh giá dạng sóng điện áp khối chuyển đổi DC-AC của hệ thiết bị tạo ra 220VAC tần số 50 Hz thực sine, điện áp vượt trội hơn các sản phẩm Inverter thông thường dùng để chuyển đổi điện áp DC-AC đang có trên thị trường về chất lượng dạng sóng điện áp 220VAC. Do vậy, hệ thiết bị phát điện thông minh từ các nguồn năng lượng mới và tái tạo khi dưa vào sử dụng đã đảm bảo và không gây hư hỏng hay làm giảm tuổi thọ đối với các thiết bị hoạt động lấy điện từ hệ thống cung cấp.

Hiện nay, hệ thiết bị phát điện thông minh đã và đang cung cấp điện năng trên cở sở pin năng lượng mặt trời được mua từ đề tài VAST 02.04/11-12 cho bộ phận thực nghiệm trong phòng Tự động hóa và Xử lý tín hiệu thuộc Viện Cơ học, sử dụng trong công tác nghiên cứu khoa học.

Trên cơ sở các kết quả này, nhóm nghiên cứu tiến hành thử nghiệm một sản phẩm mới (tại biển Hải Phòng) trong khuôn khổ đề tài VAST 01.10/16-17 "Thiết bị phát điện từ năng lượng sóng biển". Dự kiến nếu thiết bị hoạt động ổn định sẽ có thể hợp tác chuyển giao cho Sở Khoa học và Công nghệ Hải Phòng. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đang tìm kiếm hợp tác phát triển và triển khai công nghệ sản suất điện năng từ năng lượng tái tạo, đặc biệt là phát điện từ nguồn năng lượng sóng biển đến các đơn vị quân đội đang hoạt động ngoài biển đảo.

ThS. Nguyễn Văn Hải
Phòng Tự động hóa và Xử lý tín hiệu
Viện Cơ học

Xử lý tin: Bích Diệp

Phát triển và thử nghiệm máy bay thương mại không thải khí lớn nhất thế giới

Các ngành công nghệ

Công ty Alaska Air Group và ZeroAvia đang phát triển và thử nghiệm máy bay cải tiến De Havilland Q400 76 chỗ ngồi với tầm hoạt động 805km.

Vũ trụ ảo Metaverse của Facebook là gì, sử dụng ra sao?

Các ngành công nghệ

Là thế giới ảo song song với thế giới thực, Metaverse được kỳ vọng trở thành bước ngoặt của tương lai.

Một thành phố tại Hà Lan muốn dùng nhựa tái chế để làm đường giao thông

Các ngành công nghệ

Công ty xây dựng VolkerWessels (Hà Lan) đang thử nghiệm một loại vật liệu mới có khả năng tái chế và bền vững hơn so với công nghệ làm đường cũ bằng nhựa đường.

Hà Lan ra mắt "siêu tàu lặn" điện, chạy nhanh hơn cả cá heo

Các ngành công nghệ

Hãng chế tạo tàu lặn U-Boat Worx của Hà Lan vừa ra mắt tàu lặn động cơ điện Super Sub với thiết kế hình viên đạn và có thể hoạt động liên tục 8 tiếng.

Robot tự sạc vẽ bản đồ đáy biển, biên giới cuối cùng của Trái đất

Các ngành công nghệ

Nhiều thế kỷ qua, con người đã khám phá vô số những ngọn núi, khu rừng và hoang mạc. Tuy nhiên, thứ bao phủ hơn 70% diện tích Trái Đất lại là đại dương vẫn là một bí ẩn lớn đối với chúng ta.

Công ty mẹ của Google công bố toàn bộ dữ liệu của dự án máy thu thập nước từ không khí, giá cực rẻ

Các ngành công nghệ

“Nếu như chúng ta có thể tăng tốc độ cung cấp nước sạch theo bất cứ cách nào, chúng tôi cho rằng đó là một mục tiêu đáng để thực hiện”.

Xe điện lập kỷ lục chạy nhanh nhất trên đất liền

Các ngành công nghệ

Mẫu xe điện có biệt danh “Gã khổng lồ nhỏ” (Little Giant) của nhóm Team Vesco và công ty reVolt Systems lập kỷ lục mới về tốc độ tối đa hồi tháng 10.

Kính không vỡ lấy cảm hứng từ bánh socola chip

Các ngành công nghệ

Một nhóm nhà nghiên cứu quốc tế phát triển loại kính chống nứt vỡ, có thể dùng để sản xuất đèn LED, điện thoại và màn hình TV.

Thiết kế nhà bền vững tới 500 năm từ vật liệu thân thiện với môi trường

Các ngành công nghệ

Nhà Zome sử dụng những vật liệu thân thiện với môi trường có khả năng chống nước, rêu và chống cháy tới 1.200 độ C.

Indonesia phát triển bã cà phê thành vật liệu tạo pin xe điện

Các ngành công nghệ

Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Khoa Kỹ thuật, Luyện kim và Vật liệu ở Đại học Indonesia vừa phát triển phương pháp biến bã cà phê thành vật liệu dùng trong pin Lithium-ion.