Đồ án Thiết kế chế tạo động cơ gió

MỤC LỤC 1. Giới thiệu đề tài 3 2. Vấn đề sử dụng năng lượng gió 3 2.1. Tiềm năng gió 3 2.2. Đại cương về năng lượng gió 6 2.2.1. Năng lượng gió 6 2.2.2. Biểu đồ mặt cắt gió 7 2.2.3. Độ chảy vọt qua của gió 8 2.2.4. Đặc điểm các hệ thống gió 10 2.2.5. Lựa chọn địa điểm lắp đặt động cơ 12 2.3. Các phương án sử dụng năng lượng gió 12 2.3.1. Chuyển năng lượng gió thành năng lượng cơ 12 2.3.2. Chuyển năng lượng gió thành hydro 13 2.3.2. Chuyển năng lượng gió thành năng lượng điện 14 3. Điều tra về tài nguyên gió ở địa phương 14 3.1. Giới thiệu dụng cụ đo gió 14 3.1.1. Máy đo gió cổ điển 15 3.1.2. Máy đo gió hiện đại 15 3.2. Đo gió thực tế tại địa phương 17 3.2.1. Sơ lược về chế độ gió ở Đà Nẵng 17 3.2.2. Kết quả đo gió tại khu vực Sơn Trà – Đà Nẵng 18 3.3. Xử lý số liệu 18 3.3.1. Xây dựng đồ thị vận tốc gió trong tháng 18 3.3.2. Xây dựng đồ thị tần suất vận tốc gió trong tháng 21 3.3.3. Xây dựng đồ thị phân bố liên tục vận tốc gió 22 4. Nhu cầu sử dụng điện tại hộ tiêu thụ 23 4.1. Sơ lược về vấn đề sử dụng điện tại hộ tiêu thụ 23 4.2. Tính toán công suất sử dụng điện cho hộ tiêu thụ 24 5. Giới thiệu về động cơ gió 24 5.1. Nguyên lý làm việc 24 5.2. Phân loại động cơ gió 27 5.2.1. Động cơ gió trục ngang 27 5.2.2. Động cơ gió trục đứng 29 5.3. Kết cấu, nguyên lý làm việc các bộ phận chính của động cơ gió trục ngang 30 5.3.1. Bánh xe gió 30 5.3.2. Cơ cấu điều tốc 31 5.3.3. Bộ truyền động 33 5.3.4. Máy phát điện 33 5.3.5. Cơ cấu định hướng gió 37 5.3.6. Trụ đỡ động cơ 39 6. Thiết kế bánh xe gió động cơ gió trục ngang công suất 300 W 40 6.1. Cơ sở lý thuyết động lực học không khí của động cơ gió 40 6.1.1. Cơ sở động học của cánh 40 6.1.2. Lý thuyết động lượng hướng trục 47 6.1.3. Những tham số hình học của cánh 52 6.2. Tính toán thiết kế bánh xe gió 54 6.2.1. Xác định đường kính bánh xe gió 54 6.2.2. Xác định đường kính bầu 54 6.2.3. Xác định vận tốc vòng 55 6.2.4. Xác định vận tốc vòng tuyệt đối cu 55 6.2.5. Xác định vận tốc hướng trục cm 55 6.2.7. Xác định góc vào (1, góc ra (2 56 6.2.8. Xác định vận tốc tương đối 56 6.2.9. Xác định tỉ tốc của cánh 56 6.2.10. Xác định số lượng cánh 57 6.2.11. Xác định bước lưới 58 6.2.12. Xác định chiều dài cánh 58 6.2.13. Hình dạng frôfin cánh 58 6.3. Công suất động cơ gió 59 7. Tính toán, thiết kế hộp truyền tốc độ 60 7.1. Phân phối tỷ số truyền 60 7.1.1. Tỷ số truyền 60 7.1.2. Số vòng quay của các trục 61 7.1.3. Công suất trên các trục 61 7.1.4. Mô men xoắn trên các trục 61 7.2. Thiết kế bộ truyền bánh răng 62 7.2.1. Thiết kế bộ truyền cấp nhanh 62 7.2.2. Thiết kế bộ truyền cấp chậm 66 7.3. Tính toán thiết kế trục 69 7.3.1. Tính đường kính sơ bộ của các trục 69 7.3.2. Chọn vật liệu chế tạo trục 69 7.3.3. Tính gần đúng trục 70 7.4. Tính chọn then 75 7.5. Tính chọn ổ 76 8. Sử dụng và bảo dưỡng động cơ gió 76 8.1. Những điều cần chú ý khi sủ dụng 76 8.2. Bảo trì động cơ gió 76 9. Kết luận 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 1. Giới thiệu đề tài Trong tương lai sẽ vẫn cần những nguồn năng lượng truyền thống như dầu và khí đốt để đáp ứng nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới. Tuy nhiên vì những nguồn năng lượng đó là hữu hạn và vì chúng ảnh hưởng xấu đến môi trường nên ngay từ bây giờ một vần đế ngày càng cấp bách đã được đặt ra là nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng, cũng như tìm kiếm những nguồn năng lượng thay thế, đặc biệt là những nguồn năng lượng vô hạn, tái sinh được. Năng lượng là yếu tố quan trọng nhất bảo đảm phát triển kinh tế, nâng cao đời sống, nên nước ta đã tập trung xây dựng hàng loạt nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện như: Thác Bà, Hoà Bình, Trị An, Ialy, Uông Bí, Phả Lại, Cao Ngạn, Ninh Bình, Phú Mỹ... Nhưng kể cả khi nhà máy Thuỷ điện Sơn La lớn nhất Đông Nam á đi vào hoạt động, cũng không thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của công nghiệp hoá, hiện đại hoá nước nhà. Chờ đến năm 2020, Việt Nam trở thành nước công nghiệp, nhu cầu năng lượng tăng gấp 4 lần, (năm 2006 sản xuất 60,6 tỷ kwh với công suất 12352 MW, dự kiến năm 2020 là 294,012 tỷ kwh với tổng công suất 48642 MW). Lúc đó dù có thêm nhà máy điện nguyên tử đầu tiên 4000 MW nữa, nước ta vẫn có nguy cơ thiếu hụt năng lượng nghiêm trọng cho sản xuất, kinh doanh, phát triển kinh tế... (dự kiến thiếu 4000 MW mua của Lào 2000 MW, Campuchia 1000 MW, Trung Quốc 1000 MW). Lúc đó dầu mỏ, than đá bắt đầu cạn kiệt, giá dầu có thể lên đến 150 USD/thùng (theo 1). Vì vậy ngay từ bây giờ, chúng ta nên đề ra đường lối chiến lược đầu tư lớn khai thác năng lượng gió, năng lượng mặt trời… Năng lượng gió có điểm nổi trội là năng lượng sạch, không ô nhiễm môi trường, không gây hiệu ứng nhà kính, ban đêm lẫn ban ngày, mùa nào, đâu đâu cũng có, không cần mua nhiên liệu, giá xây dựng rẻ, tiền ít, mỗi gia đình có thể xây dựng trạm điện gió riêng... Nước ta có vị thế bờ biển dài trên 3000 km, có nhiều bán đảo, hải đảo, núi cao có gió mạnh quanh năm, rất thuận tiện cho việc xây dựng các trạm điện gió. Xuất phát từ yêu cầu thực tế và được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn em làm đề tài “thiết kế chế tạo động cơ gió công suất 300 w” với mong muốn khi đề tài được ứng dụng trong thực tế sẽ tạo ra những động cơ gió cỡ nhỏ phát điện trong các gia đình. Và làm cơ sở để tạo nên những trạm điện gió trong tương lai. 2. Vấn đề sử dụng năng lượng gió 2.1. Tiềm năng gió Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau. Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vì thế là khác nhau về áp suất mà không khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió. Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi (so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa. Gió hầu như có mặt khắp nơi. Tuy nhiên tính chất gió tùy thuộc nhiều yếu tố khác nhau và thường phân bố không đều trên quy mô lớn cũng như trong từng địa phương. Như vậy, tiềm năng gió phân bố không đều trên trái đất. Tiềm năng gió lớn nhất trên thế giới nằm ở vùng hàn đới và cực đới. Tại những vùng này, cường độ gió trung bình từ 7 m/s đến 11 m/s. Vùng bờ biển ôn đới và vùng giữa các đại dương, cường độ gió cũng khá mạnh. Theo đánh giá của Ngân hàng Thế giới, Việt Nam là quốc gia có tiềm năng gió lớn nhất khu vực Đông Nam Á với tổng công suất khoảng 513360 MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020. Đánh giá này cũng trùng với nhận định của Tổ chức Khí tượng thế giới. Thông qua tính toán bằng vệ tinh, cơ quan này đánh giá, tiềm năng về gió ở Việt Nam lên đến cả trăm nghìn MW. Đây thực sự là một tài nguyên năng lượng lớn của nước ta và đang chờ được khai thác (theo 2). Việc nghiên cứu, ứng dụng năng lượng gió đang được hầu hết các nước trên thế giới thực hiện, đặc biệt ở những nước có nền công nghiệp mạnh như Đức, Mĩ, Hà Lan, Nga, Đan Mạch... Kết hợp với các khuyến khích về tài chính bao gồm tăng các khoản đầu tư, giảm lãi suất ở mức thấp nhất nhằm mục đích tích cực thúc đẩy phát triển năng lượng gió và giảm lượng khí thải nhà kính. Năm 2001, một chỉ thị của Liên minh châu Âu (EU) về năng lượng tái tạo, trong đó các thành viên phải đặt ra các yêu cầu phát triển năng lượng và phải có kết quả rõ rệt cho đến năm 2010. Mục tiêu tổng thể cho toàn châu Âu là năng lượng tái tạo sẽ đóng góp 21% lượng điện năng tiêu thụ. Cơ quan năng lượng gió châu Âu (EWEA) dự đoán đến năm 2010, chỉ tính riêng điện sản xuất từ gió đã góp phần giảm lượng khí thải nhà kính bằng 1/3 nghĩa vụ của Liên minh châu Âu đã cam kết tại Kyoto. Mục tiêu hiện tại của EWEA là đạt công suất điện gió khoảng 75000 MW tại châu Âu vào năm 2010, 180000 MW vào năm 2020 và 300000 MW vào năm 2030. Quốc gia đứng đầu tại châu Âu về năng lượng gió là Đức. Nhận được sự ủng hộ bởi các điều luật sau này, bao gồm các điều khoản về các nguồn năng lượng tái tạo trong năm 2000 (được sửa đổi bổ xung vào năm 2004), các nhà sản xuất điện từ năng lượng gió chỉ phải trả mức lãi xuất thấp và được giảm theo hợp đồng trong vòng 20 năm. Các cơ chế chính sách được thông qua đã thành công rực rỡ, điều này đã thu hút một số lượng các nhà đầu tư nhỏ tham gia và kết quả tỷ lệ tăng trưởng ở mức 2 con số trong suốt thập niên 1990. Các dự án năng lượng gió cũng nhận được những sự ưu đãi của các nhà quy hoạch đất đai tại Đức, các nhà chức trách địa phương cũng đồng ý quy hoạch được 5,5% lượng điện năng tiêu thụ tại Đức với công suất lắp đặt lên đến 18428 MW vào cuối năm 2005. Một nghiên cứu của Bộ môi trường Đức (BMU) ước tính điện gió ngoài khơi sẽ đạt công suất từ 12000÷15000 MW vào năm 2020. Điện gió tại Tây Ban Nha cũng phát triển mạnh mẽ từ những năm giữa của thập niên 1990. Sự phát triển này được hỗ trợ bở các chính sách về năng lượng tái tạo, giảm thuế và chính sách tái cơ cấu các khu công nghiệp. Tại một số địa phương, các nhà đầu tư chỉ được tiếp cận các khu vực dự án nếu như ngay từ ban đầu họ cam kết thiết lập một cơ sở sản xuất tại đó, điều này dẫn tới kết quả là thị trấn nghèo thuộc tỉnh Navara nơi có nhiều tiềm năng gió đã đạt được các thành tựu về phát triển kinh tế và đóng góp một lượng điện lớn cho nhu cầu sử dụng điện. Hiện nay điện gió đã cung cấp tới 60% lượng điện năng tiêu thụ tại tỉnh này. Ở một số thị trấn dân cư đông đúc thuộc vùng Castilla la Mancha và Galicia thì điện gió chiếm khoảng 20% điện năng tiêu thụ. Hầu hết các động cơ phát điện gió hiện đang lắp đặt tại Tây Ban Nha đều được sản xuất trong nước. Năm 2007 một loạt các động cơ phát điện gió với công suất 1764 MW đã được đưa vào sử dụng, tăng 20% so với năm 2004 và giảm được lượng khí thải khoảng 19 triệu tấn CO2. Con số này đã nâng tổng công suất của điện gió tại Tây Ban Nha lên hơn 10.000 MW, đủ đáp ứng 8,25% lượng điện năng tiêu thụ của quốc gia. Chính phủ Tây Ban Nha đặt mục tiêu đến năm 2010 phát triển nâng công suất lên hơn 20000 MW.Đan Mạch là quốc gia tiên phong trong ngành công nghiệp chế tạo động cơ phát điện gió và hiện đang là nước có tỷ lệ đóng góp điện năng từ gió vào nguồn cung cao nhất. tính đến cuối năm 2005 đã có hơn 3000 MW động cơ gió được đưa vào vận hành. Khi tốc độ gió cao thì năng lượng gió có thể cung cấp hơn nửa lượng điện năng tiêu thụ tại nửa phía Tây của đất nước. Theo nhận định của tổ chức TSOE (Transmission System Opertation Engerginet) tại Đan Mạch thì đến năm 2010 lượng điện tiêu thụ tại miền Tây Đan Mạch có thể được cung cấp đầy đủ nếu kết hợp giữa các hệ thống gió và trạm nhiệt điện nhỏ mà không cần đến các nhà máy phát điện tập trung. Vào những năm 1990, Đan Mạch cũng là quốc gia tiên phong trong việc phát triển các trang trại phát điện gió ở ngoài khơi, và hiện vẫn là quốc gia có các trang trại điện gió xa bờ lớn nhất.Những thị trường dẫn đầu trong lĩnh vực điện gió hiện nay đang liên kết với nhau bao gồm các quốc gia: Bồ Đào Nha, Pháp, Anh, Italia, Hà Lan và Áo. Tại Bồ Đào Nha các chính sách mạnh mẽ của chính phủ về hệ thống thuế đã giúp tăng công suất từ 100 MW năm 2000 lên 1000 MW năm 2005. Italia được biết đến là quốc gia đặt mục tiêu kết hợp giữa năng lượng tái tạo và hệ thống thương mại xanh vào năm 2001, công suất điện gió đã tăng từ 452 MW năm 2001 lên hơn 1.700 MW năm 2005. Tiềm năng của 10 thành viên mới kết nạp vào Liên minh châu Âu năm 2004 đã có những tiến bộ, nhưng trong số các quốc gia này gồm Ba Lan, Hungary và các quốc gia thuộc vùng Ban Tích được kỳ vọng sẽ phát triển mạnh mẽ trong vài năm tới đây (theo 3). Qua đây ta thấy rằng việc sử dụng năng lượng gió có một tương lai phát triển lớn. Góp phần đáng kể vào công cuộc tìm kiếm những nguồn năng lượng thay thế của thế giới. không những vậy năng lượng gió là năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường vì vậy rất phù hợp với tình hình phát triển hiện tại. Tuy nhiên, đối với từng nước quy mô phát triển của việc ứng dụng năng lượng gió còn tùy thuộc vào vị trí địa lý, đặc điểm khí hậu và trình độ công nghiệp của mỗi quốc gia. 2.2. Đại cương về năng lượng gió 2.2.1. Năng lượng gió Năng lượng gió là động năng của không khí chuyển động với vận tốc v. Khối lượng của không khí đi qua một tiết diện có diện tích A vuông góc chiều gió với tốc độ là v sau thời gian t có công thức sau:
(kg). (2-1) Vì thế động năng Ekin và công suất P của gió là:
(W). (2-2)
(W). (2-3) Trong đó:
: khối lượng riêng của không khí (kg/m3). A : diện tích của mặt cắt gió quét qua (m2). V : vận tốc của không dòng khí mà chưa bị nhiễu loạn (m/s).
Hình 2-1. Mô tả dòng khí đi qua tiết diện A * Ý nghĩa công thức: - Năng lượng gió tỷ lệ thuận với khối lượng riêng không khí. Điều này có nghĩa với những dòng không khí chuyển động với vận tốc như nhau thì ở vùng núi cao công suất thấp hơn. - Năng lượng gió tỷ lệ thuận với diện tích quét của cánh. - Điều đáng chú ý là năng lượng gió tăng theo lũy thừa 3 của vận tốc gió và vì thế vận tốc gió là một trong những yếu tố quyết định khi muốn sử dụng năng lượng gió Năng lượng gió có thể được sử dụng, thí dụ như thông qua một động cơ gió để phát điện, nhỏ hơn rất nhiều so với năng lượng của luồng gió vì vận tốc của gió ở phía sau một động cơ gió không thể giảm xuống bằng không. Vì vậy, khi tính công suất còn phải xét tới hệ số sử dụng công suất Cp, tức là tỷ lệ công suất thu được so với năng lượng cấp cho nó. Trên thực tế thì động cơ gió cánh quạt vuông góc với hướng gió hệ số lợi dụng công suất Cp ít khi vượt quá 40%, trên lý thuyết chỉ có thể lấy tối đa là 59,3% năng lượng tồn tại trong luồng gió. Trị giá của tỷ lệ giữa công suất lấy ra được từ gió và công suất tồn tại trong gió được gọi là hệ số Betz (xem Định luật Betz), do Albert Betz tìm ra vào năm 1926. Có thể giải thích một cách dễ hiểu như sau: Khi năng lượng được lấy ra khỏi luồng gió, gió sẽ chậm lại. Nhưng vì khối lượng dòng chảy không khí đi vào và ra một động cơ gió phải không đổi nên luồng gió đi ra với vận tốc chậm hơn phải mở rộng tiết diện mặt cắt ngang. Chính vì lý do này mà biến đổi hoàn toàn năng lượng gió thành năng lượng quay thông qua một động cơ gió là điều không thể được. Trường hợp này đồng nghĩa với việc là lượng không khí phía sau một động cơ gió phải đứng yên. Công suất được truyền từ bánh xe gió đến máy phát điện hoặc thiết bị khác thì công suất giảm thêm
và
(
là hiệu suất truyền động,
là hiệu suất của máy phát điện). Vậy từ (2-3) ta được công thức tính công suất động cơ gió:
(W). (2-4) 2.2.2. Biểu đồ mặt cắt gió Càng lên cao vận tốc gió càng tăng, do càng lên cao thì vật cản càng ít đi cùng với áp suất và và sự thay đổi này phụ thuộc độ khô nhám Z0: - Bề mặt phẳng (mặt hồ, mặt biển, vùng đất có tuyết) Z0 = 0,005 (m). - Vùng đồng cỏ, phi trường, vùng đoạn đường lớn có Z0 = 0,03(m). - Mặt đất khô nhám có nhiều cây cối, coọc cao có Z0 = 0,25 (m). - Ở khu vục rừng núi có Z0
2 (m). Ta có công thức tính tốc độ gió V(z) theo Z và theo Zr:
. (2-5) Trong đó: V(zr): Tốc độ gió tính ở độ cao 10 m có thể tham khảo đồ thị (2-2). Đồ thị cho ta độ thô nhám khác nhau.
Hình 2- 2. Quan hệ biểu đồ mặt cắt với độ thô nhám Z0 khác nhau Công thức (2-5) cho ta biểu đồ mặt cắt gió tại một địa điểm. Nếu ở hai địa điểm khác nhau, mà tại điểm đó có độ thô nhám khác nhau thì căn cứ vào công thức Wieringa, xét vận tốc gió ở độ cao 60 m ta có:
. (2-6) Trong đó: Z0r – độ thô nhám tại địa điểm cần khảo sát. V(zr) – tốc độ gió ở độ cao 10 m. 2.2.3. Độ chảy vọt qua của gió Khi gió gặp bề mặt thô nhám, vật cản hoặc chảy bao qua vật kiến trúc thì độ lớn vận tốc gió và hướng gió biến đổi nhanh. Điều này gọi là dòng chảy vọt qua, hiện tượng chảy vọt qua không những làm giảm công suất động cơ gió mà nó còn làm cho động cơ gió rung động quá đột ngột. Khi dòng không khí cở qua vật cản vận tốc dòng khí ở gần đỉnh tăng lên. Ảnh hưởng này càng lớn khi địa hình dòng khí cởi qua vật cản trơn tru. Gia tốc lý tưởng khi độ dốc khoảng 160 (tức là độ cao nâng lên 29 m trên một chiều dài 100 m). Nói chung lý tưởng 6 ÷ 160, cần tránh độ dốc quá 270. Địa hình có dạng tam giác là tương đối tốt, và lý tưởng khi dòng khí chảy xuống thung lũng. Nhiều loại vật cản khác nhau trên mặt đất tác động rất lớn dòng không khí và sự phân bố nhiễu loạn. Đây là bài toán cổ điển trong lý thuyết khí động. Các vật cản như nhà cửa với kích thước hàng chục mét hay núi đồi hàng chục kilômet. Nhiều loại vật cản có thể tập hợp thành một địa hình phức tạp với những dòng chảy khí phức tạp. Trong điều kiện khí quyển có ổ định nhất định và trên điều kiện địa hình có độ gồ ghề nhất định, ta có thể phân tích ảnh hưởng cho các vật cản có kích thước nhỏ bằng các phương pháp lý thuyết và thực nghiệm khác nhau. Trên thực tế không có một lý thuyết chung cho tất cả các loại dòng chảy dưới mọi điều kiện và chỉ có những công trình giải quyết bài toán điển hình có ý nghĩa trong thực tế hoặc trong lý thuyết. Vì ở đây chúng ta không thể đề cập đến sự phân tích đẩy đủ tất cả các hiệu ứng của dòng chảy. Chúng ta chỉ minh họa một vài ví dụ: những vật cản nhở thường gặp là nhà cửa, cây cối…Những chướng ngại vật này làm giảm tốc độ gió bên dưới nhưng lại thường tăng tốc độ bên trên vật đó. Hình (2-3) minh họa một vài tính chất khí động quan trọng của dòng chảy quanh vật cản như là sự lệch hướng xoáy cuộn, tách dòng, hình thành các xoáy cuộn bên dòng đi lên và dòng đi xuống quanh khóm cây.
Hình 2-3. Minh họa tính chất cơ bản của luồng gió quanh một hàng cây chắn gió Dòng chảy bên trên đồi là một vấn đề đáng quan tâm. Trong những trường hợp đơn giản, dòng chảy thường được tăng cường trên ngọn đồi nhỏ hình (2-4).
Hình 2-4. Minh họa dòng không khí trên đồi 2.2.4. Đặc điểm các hệ thống gió a. Gió Tây ôn đới Gió Tây ôn đới là loại gió thổi từ các khu áp cao chí tuyến về phía vùng áp thấp ôn đới. Sở dĩ gọi là gió Tây vì hướng chủ yếu của gió này là hướng tây (ở bán cầu Bắc là hướng tây nam, còn ở bán cầu Nam là hướng tây bắc).Gió Tây thổi quanh năm, thường đem theo mưa, suốt bốn mùa độ ẩm rất cao. Ở Va-len-xi-a mưa tới 264 ngày/năm với 1416 mm nước, mưa nhỏ, chủ yếu là mưa bụi, mưa phùn. b. Gió Mậu dịch Gió Mậu dịch là loại gió thổi từ các áp cao ở hai chí tuyến về Xích đạo: gió này có hướng đông bắc ở bán cầu Bắc và đông nam ở bán cầu Nam. Gió Mậu dịch thổi quanh năm khá đều đặn, hướng gần như cố định, tính chất của gió nói chung là khô. c. Gió mùa Gió mùa là loại gió thổi theo mùa, hướng gió ở hai mùa có chiều ngược lại với nhau. Gió mùa thường có ở đới nóng như: Nam Á, Đông Nam Á, Đông Phi, Đông Bắc Ô-xtrây-li-a… và một số nơi thuộc vĩ độ trung bình như: Phía đông Trung Quốc, Đông Nam liên bang Nga, Đông Nam Hoa Kì. Nguyên nhân hình thành gió mùa khá phức tạp, chủ yếu là do sự nóng lên hoặc lạnh đi không đều giữa lục địa và đại dương theo mùa, từ đó có sự thay đổi của các vùng khí áp cao và khí áp thấp ở lục địa và đại dương. Ví dụ: Ở khu vực Nam Á và Đông Nam Á vào mùa hè ở bán cầu Bắc, khu vực chí tuyến nóng nhất do đó hình thành trung tâm áp thấp I-ran (Nam Á). Vì vậy, gió Mậu dịch từ bán cầu Nam vượt qua Xích đạo bị lệch hướng thành gió tây nam, gió này mang theo nhiều hơi ẩm và mưa. Đến mùa đông, lục địa lạnh, các áp cao thường xuyên ở Bắc Cực phát triển mạnh và di chuyển xuống phía nam đến tận Trung Quốc, Hoa Kì… Gió thổi từ phía bắc xuống theo hướng bắc - nam, nhưng bị lệch hướng trở thành gió đông bắc, gió này lạnh và khô. d. Gió địa phương * Gió biển, gió đất Vùng bờ biển thường có gió biến đổi theo chu kỳ ngày - đêm một cách có hệ thống mà người ta gọi là gió bridơ biển ban ngày và bridơ đất liền vào ban đêm. Gió bridơ biển tạo thành một hoàn lưu khép kín và độ chênh nhiệt độ giữa biển và đất liền. Đặc biệt vào đầu mùa hè, nhiệt độ mặt biển tương đối thấp ở nhiều vùng, trong khi tren đất liền bức xạ mặt trời ban ngày khiến cho mặt đất nóng lên. Bức xạ mặt trời gây nên sự đốt nóng trên mặt đất và không khí sát mặt đất khiến khối lượng không khí này nhẹ đi và bốc lên cao. Không khí trên cao tạo thành một dòng chảy ra biển và lắng xuống tạo thành một đường dòng khép kín. Dòng trở về biển ở trên cao khoảng 0,5 km đến 4 km trên mặt đất. Gió bridơ xâm nhập vào đất liền dừng lại khi sự mát lên vào ban trưa làm ngưng đọ chênh áp suất giữa biển và lục địa. Tốc độ gió bridơ lớn nhất thường thấy ở độ cao 10 m, hướng gió nói chung vuông góc với bờ biển, nhưng thường bị lệch vào ban ngày, đi theo xoáy nghịch do lực côriôlit. Cường độ và sự xâm nhập vào đất liền của gió bridơ tùy thuộc sự ổn định của khí quyển. Khi lớp khí quyển bất ổn định, hệ thống gió bridơ thường là yếu. * Gió núi Núi có tác động lớn đến dòng khí quyển. Ở vùng núi, người ta thường thấy có loại gió núi và gió thung lũng. Ban ngày bức xạ mặt trời đốt nóng sườn núi, làm không khí sườn núi nóng hơn không khí thung lũng, không khí nhẹ hơn trườn theo sườn núi lên cao tạo thành gió thung lũng. Về ban ngày sãy ra quá trình ngược lại hình (2-5). Trường gió thung lũng nói chung có cường độ yếu hơn trường gió bridơ. Tuy nhiên, ở một số nơi kết hợp hai loại gió này với nhau tạo thành chế độ gió khá mạnh ở địa phương.
Hình 2-5. Sơ đồ minh họa gió núi và thung lũng 2.2.5. Lựa chọn địa điểm lắp đặt động cơ Theo công thức (2-4) công suất động cơ tỉ lệ với mũ ba vận tốc gió, do vậy lựa chọn thật cẩn thận địa điểm lắp đặt động cơ gió để đảm bảo thu được công thức tối đa. Ở địa hình bằng phẳng lựa chọn tương đối dễ dàng, vùng địa hình nhấp nhô (vùng đồi núi) lựa chọn địa điểm khó khăn hơn. Cần thiết xem xét đến ảnh hưởng các yếu tố sau: - Mặt cắt gió (còn gọi là profin gió): Ở sát mặt đất vận tốc gió thấp nhất bởi vì ở sát mặt đất chịu ảnh hưởng của độ khô nhám bề mặt đất. - Ảnh hưởng của vật kiến trúc, cây cối. - Sự gia tốc hoặc giảm gia tốc của gió ( tại đỉnh núi hoặc thung lũng). 2.3. Các phương án sử dụng năng lượng gió 2.3.1. Chuyển năng lượng gió thành năng lượng cơ Năng lượng gió đã có trong quá khứ được sử dụng trực tiếp để đẩy tàu thuyền hoặc nhờ những cối xay gió chuyển đổi động năng của gió thành năng lượng cơ học để bơm nước, xay hạt...Trong thế kỷ 20, các loại tàu buồm hầu như đã bị xoá sổ, trừ các du thuyền xa hoa của các tay tỷ phú. Tuy nhiên, trong năm 2008, ý tưởng về những chiếc tàu khổng lồ chạy bằng sức gió đã được nhen nhóm trở lại. Hiện tại, hầu hết các hàng hoá mà chúng ta sử dụng đều do các tàu containers vận chuyển. Rất nhiều hoạt động trên thế giới này sẽ dừng lại nếu như không có khoảng 4500 chiếc tàu khổng lồ, mỗi chiếc chở khoảng 10000 container đang ngược xuôi trên các đại dương. Những con tàu này dài tới 1/4 dặm và hết sức hiệu quả. Chỉ một chiếc thôi cũng chở được một lượng hàng bằng một đoàn xe lửa dài 44 dặm. Chính vì vậy, SkySails, một công ty của Đức đã có kế hoạch chế tạo những chiếc diều khổng lồ được sử dụng như những cánh buồm để kéo tàu. Mặc dù có người cho rằng chuyện này là không tưởng, nhưng các kỹ sư cho biết đây là phương án khả thi. Mùa đông năm 2007, một chương trình thí nghiệm đã thành công khi chiếc diều khổng lồ rộng hơn 1700 feet vuông, và được giương cao tới trên 1000 feet đã kéo một con tàu chở container đi một chặng dài vượt biển. ở độ cao như thế, gió trên đại dương lúc nào cũng rất mạnh và được tận dụng tối đa. Stephan Wrage, người sáng lập ra công ty SkySails cho hay: "Chúng tôi đã tiết kiệm được tới 50% nhiên liệu cho con tàu". Hiện tại, những chiếc diều có thể kéo các con tàu di chuyển với vận tốc từ 10 đến 18 hải lý/giờ, như vận tốc của tàu chở dầu, chở hàng và tàu đánh cá. Tuy nhiên, các loại tàu chở container hiện đại nhất đã đạt tốc độ tới 25 hải lý/giờ. Vì lẽ này, các nhà thiết kế  đang có kế hoạch cho tăng gấp đôi diện tích các cánh diều, để có thể thích ứng với các con tàu chở hàng rất lớn. Người ta hy vọng rằng trong tương lai  biển cả sẽ rất vui mắt với nhiều cánh diều khổng lồ lớn như sân vận động kéo những con tàu chở hàng hóa ngược xuôi các đại dương. Vừa tiết kiệm, vừa ít gây ô nhiễm. Song đã có người lo ngại rằng khi các con tàu chạy gần nhau, những chiếc diều đủ sắc màu này sẽ có nguy cơ quấn vào nhau, và khi đó việc gỡ chúng ta sẽ rất mất công. 2.3.2. Chuyển năng lượng gió thành hydro Năng lượng gió đang giành chỗ đứng vững chắc trong cân bằng năng lượng của Mỹ. Xcel và Phòng thí nghiệm quốc gia về năng lượng tái tạo (National Renewable Energy Laboratory – NREL) đã phát động một dự án trình diễn tại Trung tâm Năng lượng gió quốc gia tại Golden (bang Colorado) với mục tiêu giảm nhẹ các thách thức nói trên và những hạn chế liên quan tới việc phát điện bằng sức gió. Dự án trình diễn mang tên “Biến năng lượng gió thành hyđro (Wind-to-Hydrogene-Wind2H2) ghép nối động cơ gió với các bộ điện phân, đưa dòng điện phát ra từ năng lượng gió qua nước để tách chất lỏng này thành hyđro và ôxy. Các nhà nghiên cứu