Luận văn Nghiên cứu thiết kế hệ thống phát điện bằng sức gió công suất nhỏ

nào đây? c. Khí hậu toàn cầu đã trở nên mất cân bằng Như đã biết kinh tế - xã hội - môi trường có mối quan hệ chặt chẽ và tương hỗ. Sử dụng năng lượng hoá thạch làm phát thải vào môi trường rất nhiều khí và chất độc hại. Các khí như SO2, NO gây ra mưa axít, làm hư hại các công trình văn hoá kiến trúc, kinh tế xã hội. Khí CO tạo ra loại bụi bồ hóng độc hại. Đặc biết CO2 là một khí gây hiệu ứng nhà kính làm khí quyển của quả đất nóng lên. Hiện nay, mỗi năm các hoạt động sản xuất tiêu dùng năng lượng hoá thạch làm phát thải vào môi trường 23,5 tỉ tấn CO2. Tổng khối lượng CO2 tích tụ trong khí quyển quả đất đến nay đạt con số khổng lồ là 1000 tỉ tấn, trong đó 50% do phát khí trong vòng 50 năm cuối thế kỷ 20. Mặc dù CO2 không phải là khí nhà kính duy nhất, nhưng sự đóng góp của nó là 50%. Theo tính toán thì với tốc độ phát thải như hiện nay đến năm 2100 nhiệt độ khí quyển mặt đất sẽ tăng lên từ 1,5 đến 5,80C kéo theo sự thay đổi hàng loạt về khí hậu trên hành tinh của chúng ta, trong đó có các biến đổi chưa lường hết được. Nói riêng, sự tăng nhiệt độ, làm cho băng ở 2 cực sẽ tan ra, nước biển vào cuối thế ký này có thể dâng lên cao hơn 13cm làm ngập chìm nhiều lãnh thổ của các quốc gia, nhiều quốc đảo sẽ bị biến mất. Sự tăng nhiệt độ của khí quyển còn dẫn đến sự biến đổi và sự phân bố lượng mưa, làm thay đổi các vùng khí hậu và thảm thực vật, làm xuất hiện các điều kiện thời tiết bất thường, đất đai sẽ suy giảm chất lượng, sa mạc hoá thế giới sẽ lâm vào nạn đói lương thực, ...vv. Như vậy, con người muốn tiếp tục tồn tại và phát triển trên hành tinh này thì không còn cách nào khác là ngay từ bây giờ phải hợp tác cùng nhau tìm cách hạn chế các phế thải do sử dụng năng lượng hoá thạch nói chung và CO2 nói riêng. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 d. Năng lượng hạt nhân, không phát thải CO2, nhưng “lợi bất cập hại” Có thể nói, năng lượng hạt nhân là nguồn không gây ra phát thải CO2 và các khí nhà kính khác. Tuy nhiên các rủi ro do các nhà máy hạt nhân gây ra thì thật khó lường ngay cả ở trình độ khoa học và công nghệ tiên tiến hiện nay. Những hiểm hoạ cho loài người từ nhà máy năng lượng hạt nhân có nguồn gốc rất đa dạng, từ những hạn chế về kỹ thuật, công nghệ, trình độ, con người, nước sử dụng, đến các vấn đề chính trị, xã hội. Những rủi ro có nguồn gốc từ sự không hoàn thiện của việc thiết kế và xây dựng nhà máy năng lượng hạt nhân. Các rủi ro loại này gây ra những ảnh hưởng rất lớn và ở phạm vi rộng tới sức khoẻ con người. Các ảnh hưởng này có thể gây ra từ từ, lâu dài nên rất khó nhận biết. Tất cả các khâu công nghệ trong một nhà máy năng lượng hạt nhân đều tạo ra các vật liệu phóng xạ, trong đó có một số trực tiếp bức xạ các chất phóng xạ vào môi trường. Sự bảo vệ các vật liệu này mặc dù đã rất được chú ý song vẫn không thể triệt để và rủi ro có thể xảy ra bất cứ thời gian nào, công nghệ nào, ... Sự bảo vệ tuyệt đối, sự lạm dụng nguyên liệu hạt nhân là không thể. Mỗi khi các nhiên liệu hạt nhân nguy hiểm này rơi vào tay kẻ khủng bố, hay một quốc gia, hay một nhóm quốc gia “phía bên kia” thì hậu quả là không thể lường được. Tất cả các rủi ro nói trên không còn là “lý thuyết” mà trong thực tế, ở nơi này nơi kia và ở mức độ này hay mức độ khác, đã từng xảy ra. Tóm lại, nếu nhìn nhận một cách đầy đủ hơn về năng lượng hạt nhân chúng ta có thể nói rằng, sử dụng năng lượng hạt nhân thì “lợi bất cập hại”. e. Năng lượng tái tạo Là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và có trữ lượng vô cùng lớn do tính tái tạo của nó. Mặc dù hiện nay một số công nghệ NLTT còn đòi hỏi chi phí cao. Nhưng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, thì công nghệ NLTT sẽ nhanh chóng được hoàn thiện và giá NLTT do đó sẽ giảm xuống nhanh chóng. Ngoài ra do cạn kiệt nên giá năng lượng hoá thạch sẽ ngày càng tăng cao nên cơ hội cạnh tranh của NLTT là một hiện thực. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 Tóm lại có thể nói rằng NLTT là sự lựa chọn đúng đắn cho tương lai. Kết luận này cũng đúng đắn với Việt Nam chúng ta. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 CHƯƠNG 2. NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ TIỀM NĂNG VÀ ỨNG DỤNG Ở VIỆT NAM 2.1. Vật lý học về năng lượng gió 2.1.1. Các đặc trưng cơ bản về năng lượng gió Gió, có thể nói đó là một quá trình địa vật lý rất phức tap, vì vậy chỉ có thể dự báo sự biến đổi với xác suất nhất định. Đặc tính quan trọng nhất đánh giá động năng của gió là vận tốc. Dưới ảnh hưởng của một loạt các yếu tố khí tượng (sự nhiễu loạn khí quyển, sự thay đổi tác động của mặt trời và lượng năng lượng nhiệt truyền tới mặt đất...), đồng thời các điều kiện địa hình tại chỗ, tốc độ gió thay đổi cả về giá trị và hướng. Hướng véctơ vận tốc cho thấy vị trí tính theo góc của nó ứng với hướng được lấy làm gốc tính toán (thường là hướng Bắc). Vận tốc gió có tác động đáng kể tới động cơ gió và ảnh hưởng tới hệ thống điều chỉnh tự động, việc sản sinh ra năng lượng phụ thuộc trước hết vào vận tốc gió trung bình theo thời gian và diện tích bề mặt bánh công tác động cơ gió. Vận tốc gió trung bình theo thời gian xác định bằng tỷ số của tổng các giá trị vận tốc gió tức thời đo được với số lần đo trong khoảng thời gian đo. )s/m( n V V i  (2.1) Tương tự thì vận tốc gió trung bình ngày được xác định bằng tỷ lệ tổng vận tốc gió trung bình giờ với thời gian 24 giờ trong ngày. Còn tốc độ gió trung bình năm: )s/m( 365 V V ngay nam   (2.2) Tốc độ gió trung bình ở một vùng nhất định được xác định từ các số liệu theo dõi của các trạm khí tượng hoặc các máy thám không đặc biệt. Tuy nhiên chỉ số của các máy đo gió còn chịu ảnh hưởng của điều kiện địa hình vĩ mô và vi mô của vùng xung quanh, mức độ che khuất của trạm khí tượng. Điều đó cần chú ý khi tính chuyển đổi vận tốc gió đối với mỗi vùng cụ thể, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 thậm chí khi nó nằm gần trạm khí tượng. Vận tốc gió trung bình thay đổi đáng kể trong thời gian khác nhau trong ngày, trong các tháng và các mùa. Do vậy người ta phân biệt diễn biến vận tốc theo ngày, tháng, mùa đặc trưng cho xu hướng chung thay đổi vận tốc trong các chu kỳ thời gian kể trên. Mạch động vận tốc gió và năng lượng dòng khí gây nên bởi đạc tính hình thành cấu trúc của gió các đặc điểm địa phương và ảnh hưởng của các điều kiện cảnh quan và địa hình. Nó có ý nghĩa rất quan trọng vì nó thường là nguyên nhân gây hư hỏng tổ máy. Đặc tính mạch động vận tốc gió được đánh giá bởi gia tốc dòng khí, độ kéo dài của cơn gió và sự trùng hợp của các cơn gió ở những điểm khác nhau của bề mặt chứa bánh công tác động cơ gió và hệ số gió giật Kgiật, là tỷ số giữa vận tốc gió cực đại Vmax với vận tốc gió trung bình V trong một khoảng thời gian (thường không quá 2 phút) Việc nghiên cứu sự biến đổi của vận tốc sẽ thuận lợi hơn nhờ sự phân tích tổng hợp tính quy luật và sự biến đổi ngẫu nhiên cường độ gió trong một khoảng thời gian chọn trước cũng như trên một diện tích không gian hữu hạn. Thông thường ở các trạm khí tượng vận tốc gió trung bình được xác định trong khoảng thời gian không dưới 2 phút. Cường độ giật càng giảm nhiều khi diện tích tiết diện càng lớn. Diễn biến tốc độ gió theo ngày ở các điểm nằm khác nhau vài km, thậm chí vận tốc gió trung bình theo giờ cũng rất khác nhau. Cường độ gió giật trung bình trong khoảng thời gian T có thể đánh giá bằng biểu thức: V 2 (t) =    T 0 2 T dt)t(Vlim (2.3) Hướng gió thường đóng vai trò ít quan trọng hơn khi sử dụng năng lượng gió. Tuy nhiên trong những điều kiện cảnh quan khác nhau, gió với các hướng khác nhau có các đặc điểm đặc trưng: vận tốc và gió giật lớn hơn hoặc nhỏ hơn. Gradien vận tốc theo góc có ảnh hưởng đáng kể tới sự làm việc của các cơ cấu điều chỉnh hường tự động và trọng lượng con quay. Gió giật gây lên bởi cấu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 trúc rối của dòng chảy ảnh hưởng tới sự làm việc của các hệ thống điều chỉnh tự động tần số quay và giới hạn công suất của bánh công tác gió và đồng thời ảnh hưởng tới sự ổn định của hệ thống. Năng lượng E của dòng khí có tiết diện ngang với diện tích F được xác định theo biểu thức: 2 mV E 2  (J) (2.4) Khối lượng không khí chảy qua tiết diện F trong 1 giây với vận tốc V bằng: m = FV (kg/s) (2.5) Thay vào biểu thức 2.4 ta được: 2 FV E 3  (J/s) (2.6) Trong đó:  = 1,23 (kg/m3)là khối lượng riêng của không khí, trong điều kiện thường (T = 150C, p = 760mmHg) Như vậy, năng lượng gió thay đổi tỷ lệ bậc ba với vận tốc. Bánh công tác gió có thể biến đổi một phần năng lượng này thành năng lượng hữu ích và được đánh giá bằng hệ số sử dụng năng lượng gió (NLG) Đặc trưng của NLG là tập hợp các dự liệu cần thiết và đủ độ tin cậy đặc trưng cho gió như là một nguồn năng lượng và cho phép làm rõ giá trị năng lượng của nó. Đó cũng là một hệ thống các dữ liệu đặc trưng cho chế độ gió ở các vùng khác nhau, trên cơ sở đó có thể tính toán các chế độ và thời gian làm việc của tổ máy với công suất này hoặc khác, và năng lượng tổng cộng có thể khai thác được. Đặc tính đặc trưng quan trọng nhất là mật độ phân bố các vận tốc gió khác nhau, diễn biến các chu kỳ làm việc và sự lặng gió, các chế độ vận tốc cực đại (bão). Các giá trị vận tốc gió trung bình năm và trung bình mùa cũng là những đặc trưng quan trọng, thuận lơi để đánh giá tiềm năng NLG. Đặc tính quan trọng hơn cần phải kể đến là hàm quy luật thống kê tần số biến đổi vận tốc gió trong khoảng thời gian xác định. Khi biết quy luật xác định và thông số của hàm này và khi có các đặc tính của các tổ máy NLG, có thể đánh giá được năng lượng sản ra, thời gian dừng làm việc, hệ số sử dụng, công suất lắp đặt, hiệu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 quả kinh tế...vv. Vận tốc gió tính theo giá trị tuyệt đối và độ lặp của nó tính theo tỷ lệ thời gian của chu kỳ ta được: n V V kp 1 e V V V V f                 (2.7) Trong đó: f là tần số hay độ lặp của vận tốc V V là vận tốc trung bình trong chu kỳ tính toán V là vận tốc mà độ lặp tương đối của nó xác định trong khoảng từ (V - V/2) đến (V + V/2) V là khoảng gradien vận tốc được chọn 2.1.2. Năng lượng gió Dòng không khí chuyển động giống như bất kỳ một vật thể chuyển động nào khác đều có một động năng. Một trong các dạng sử dụng động năng là biến nó thành cơ năng. Động năng của vật thể bất kỳ kể cả năng lượng gió được xác định bằng biểu thức 2.4. Năng lượng của dòng khí chuyển động với vận tốc V qua tiết diện ngang F được xác định như sau: Thể tích không khí chuyển động với vận tốc V qua tiết diện F trong 1 giây bằng: Vk = VF (m 3 /s) (2.8) Thể tích này nhân với trọng lượng riêng  của không khí ta nhận được lưu lượng trọng lượng của không khí: G =  VF (N/s) (2.9) Lưu lượng khối lượng của không khí bằng: g VF g G m   (Ns/m) (2.10) Biểu thức /g gọi là khối lượng riêng hay mật độ không khí kí hiệu là  (kNs 2 /m 4 ). Thay giá trị /g =  vào biểu thức 2.11 ta được: m = .V.F (Ns/m) (2.11) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 Hình 2.1. Bề mặt cánh bánh công tác động cơ gió chiếm chỗ khi quay Thay giá trị m vào biểu thức 2.8 ta được: 2 mV2 = 2 V.F.V. 2 = 2 V.F. 3 (Nm/s =W) (2.12) Biểu thức này xác định năng lượng gió qua tiết diện F trong 1 giây. Cần nhấn mạnh rằng, năng lượng gió tỷ lệ bậc 3 với vận tốc gió và tỷ lệ bậc nhất với tiết diện F. Động cơ gió chỉ biến đổi một phần năng lượng này thành cơ năng và được xác định bằng hệ số sử dụng năng lượng gió ký hiệu là . Bởi vậy động năng gió có tiết diện F (hình 2.1) sẽ sản ra công trong 1 giây bằng: 2 .F.V. T 3   (J/s) (2.13) Hệ số sử dụng năng lượng gió  là tỷ số giữa công động cơ gió thực hiện được trong 1 giây với năng lượng dòng khí chảy qua tiết diện có diện tích bằng diện tích bề mặt cánh bánh công tác gió chiếm chỗ khi quay trong 1 giây. Đặc tính ưu việt của gió là một nguồn năng lượng có ở mọi nơi. Xong việc ứng dụng năng lượng gió trong các quá trình sản xuất là hết sức khó khăn. Mật độ không khí nhỏ hơn 800 lần so với mật độ nước, bởi vậy để nhận được công suất lớn cần phải có động cơ gió kích thước rất lớn. Chẳng hạn để nhận được công suất 100 mã lực (73,6 kW) với vận tốc gió 8 m/s động cơ gió cần phải có bánh công tác đường kính tới 30m. V V V Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 Thêm vào đó, năng lượng gió không ổn định theo thời gian. Điều này gây khó khăn cho việc sử dụng rộng rãi năng lượng gió trong công nghiệp và giao thông. 2.2. Tiềm năng năng lượng gió ở Việt Nam 2.2.1. Tốc độ gió, cấp gió Một trong các thông số đặc trưng của gió là tốc độ gió, kí hiệu là V, đơn vị có thể là m/s hay km/h. Căn cứ vào tốc độ gió người ta chia thành các cấp và bảng cấp gió được sử dụng phổ biến trên thế giới hiện nay là bảng cấp gió Bô-Pho (Beaufor) với 17 cấp được cho ở bảng 2.1 dười đây. Cấp gió Tốc độ gió Áp suất gió trung bình (kg/m2) Đặc điểm của gió m/s km/h 0 0,0  0,2 0,0  1,0 0,0 Lặng gió 1 0,3  1,5 1,0  5,0 0,2 Gió êm 2 1,6  3,3 6,0  11 0,9 Gió nhẹ 3 3,4  5,4 12  19 2,2 Gió yếu 4 5,5  7,9 20  28 4,5 Gió vừa 5 8,0  10,7 29  38 7,8 Gió mát 6 10,8  13,8 39  49 12,5 Gió hơi mạnh 7 13,9  17,1 50  61 18,8 Gió mạnh 8 17,2  20,7 62  74 27,0 Gió rất mạnh 9 20,8  24,4 75  88 37,5 Gió bão 10 24,5  28,4 89  102 51,1 Bão 11 28,5  32,6 113  117 69,4 Bão mạnh 12 32,7  36,9 118  133 89,0 Bão rất mạnh 13 37,0  41,4 134  149 109,2 14 41,5  46,1 150  166 135,8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 15 46,2  50,9 167  183 164,3 16 56,1  61,2 202  220 245,6 Bảng 2.1. Bảng cấp gió Beaufor Trong thiên nhiên gió thường xuyên thay đổi tốc độ, vì vậy để đánh giá được tiềm năng từng vùng người ta sử dụng các thông số gió trung bình Vtb, gồm trung bình năm, tốc độ gió cực đại Vmax và tần suất xuất hiện các tốc độ gió gọi tắt là tần suất tốc độ gió. 2.2.2. Chế độ gió ở Việt Nam Việt Nam nằm ở khu vực gần xích đạo trong khoảng 80 đến 230 vĩ Bắc thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa. Gió ở Việt Nam có hai mùa rõ rệt: Gió Đông bắc và gió Đông nam với tốc độ gió trung bình ở vùng ven biển từ 4,5 đến 6 (m/s) (ở độ cao 10 đến 12m). Tại các đảo xa tốc độ gió đạt 6 đến 8 (m/s). Như vậy tuy không cao bằng tốc độ gió ở các nước Bắc Âu ở vĩ độ cao nhưng cũng đủ lớn để sử dụng động cơ gió có hiệu quả. Còn ở các vùng đồng bằng tốc độ gió nhỏ hơn 4 (m/s), do đó việc sử dụng động cơ gió khó đem lại hiệu quả. Ở các vùng núi tốc độ gió còn thấp hơn trừ một vài vùng núi cao và những nơi có địa thế đặc biệt tạo ra những hành lang hút gió. Một đặc điểm nữa của gió ở Việt Nam là hàng năm có nhiều cơn bão mạnh kèm theo gió giật đổ bộ vào miền Bắc và miền Trung. Tốc độ gió cực đại đo được trong các cơn bão tại Việt Nam đạt tới 45 (m/s) (bão cấp 14). Vì vậy khi nghiên cứu chế tạo động cơ gió ở Việt Nam phải chú ý đến chống bão và lốc. Tiềm năng gió của Việt Nam có thể đánh giá thông qua các số liệu về gió của Cục Khí tượng Thuỷ văn được cho trong bảng 2.2. Tên địa phương Tốc độ trung bình Vtb(m/s) Hệ số ảnh năng lượng K Mật độ công suất gió (W/m2) Mật độ năng lượng năm (E = kWh/m 2 ) Bãi Cháy 3,3 2,9 64,0 562 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 Bạch Long Vĩ 7,3 2,2 119 4.487 Bạc Liêu 2,8 3,5 47,7 383,5 Cam Ranh 4,2 2,7 124,3 1065,7 Đảo Cô Tô 4,4 2,9 22,5 1.317,9 Đồng Hới 3,9 3,1 108,6 952 Đảo Phú Quý 6,8 2,1 108 3554,2 Đà Lạt 3 4,5 66,2 580 Hà Nội 2,5 2,5 24,2 212,4 Lai Châu 2,0 3,0 22,5 131,8 Lạng Sơn 2,7 3,6 - 379,2 Nam Định 3,6 2,5 72,0 631 Pha Đin 3,2 3,2 22,5 751,1 Plâyku 3,1 4,1 69,6 610 Phú Quốc 3,7 3,3 97,5 855 Quy nhơn 4,1 3,1 106,6 935 Sóc Trăng 2,7 4,2 49,2 431 Thái Nguyên 2,3 2,5 22,5 154,3 Thanh Hoá 2,6 2,9 29,5 259 Tây Ninh 2,4 2,3 66,2 179,3 Tân Sơn Nhất 3,2 2,9 56,1 492 Trường Sa 6,3 2,1 307,1 2.692 Rạch Giá 3,2 2,8 47,7 476 Văn Lý 4,3 2,3 72,0 933,5 Vũng Tàu 3,9 3,0 101,1 886 Bảng 2.2. Bảng tiềm năng gió ở Việt Nam Trong bảng 2.2 vận tốc gió được đo ở độ cao 10 đến 12m. Các động cơ gió công suất lớn vài trăm đến 1000 (kW) thường được lắp trên độ cao 50 đến 60m. Song các dữ liệu vận tốc gió ở độ cao trên 12m thì ta chưa có. Vì vậy một vài đơn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 vị đã tiến hành đo gió ở độ cao 50 – 60m tại một số điểm. Các số liệu đo đạc được ở độ cao trên tiệm cận thoả mãn công thức sau: 5/1 1 1 h h VV        (2.14) Trong đó: V là vận tốc gió cần tìm trên độ cao h V1 là vận tốc gió đo được gần mặt đất trên độ cao h1 Từ quan hệ trên ta tìm được vận tốc gió trên độ cao 50m như sau (xem bảng 2.3) TT Tên địa phương Tốc độ trung bình Vtb trên độ cao 12m (m/s) Tốc độ trung bình Vtb trên độ cao 50m (m/s) 1 Bãi Cháy 3,3 4,4 2 Bạch Long Vĩ 7,3 9,7 3 Bạc Liêu 2,8 3,7 4 Cam Ranh 4,2 5,6 5 Đảo Cô Tô 4,4 5,8 6 Đồng Hới 3,9 5,2 7 Đảo Phú Quý 6,8 9,0 8 Đà Lạt 3,0 4,0 9 Hà Nội 2,5 3,3 10 Lai Châu 2,0 2,7 11 Lạng Sơn 2,7 3,6 12 Nam Định 3,6 4,8 13 Pha Đin 3,2 4,2 14 Plâyku 3,1 4,1 15 Phú Quốc 3,7 4,9 16 Quy nhơn 4,1 5,4 17 Sóc Trăng 2,7 3,6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 18 Thái Nguyên 2,3 3,0 19 Thanh Hoá 2,6 3,4 20 Tây Ninh 2,4 3,2 21 Tân Sơn Nhất 3,2 4,2 22 Trường Sa 6,3 8,4 23 Rạch Giá 3,2 4,2 24 Văn Lý 4,3 5,7 25 Vũng Tàu 3,9 5,2 Bảng 2.3. Bảng đo vận tốc gió trên độ cao 12m và 50m 2.3. Sản xuất điện từ năng lượng gió ở Việt Nam Gió là một nguồn năng lượng có đặc tính ưu việt là có ở tất cả mọi nơi. Song việc ứng dụng NLG trong các quá trình sản suất là hết sức khó khăn, để nhận được công suất lớn cần có động cơ gió kích thước rất lớn. Thêm vào đó là NLG không ổn định theo thời gian nên khó sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và giao thông. Năng lượng gió ở Việt Nam thì không tốt bằng các nước Châu Âu , thế nhưng dọc bờ biển và hải đảo thì Việt Nam cao nhất so với các nước trong khu vực. Nay do số liệu về gió trên độ cao 40 mét thì Việt Nam chưa có. Hiện nay đang xây dựng một số cột đo gió độ cao trên 40 mét; khi đánh giá được thì mới có thể khai thác. Việt Nam là nước ven biển nên có nhiều vùng gió tiềm năng, hiện đang có một số dự án của Trung tâm nghiên cứu Năng Lượng Mới thuộc Đại Học Bách Khoa Hà Nội có thể phát điện hoà vào mạng lưới điện Việt Nam. Căn cứ việc đo gió họ đã tiến hành một dự án ở Bình Định đầu tiên là 50MW nhưng do khó khăn về đất nên chỉ thực hiện được 20MW. Tập đoàn Tài chính EurOrient (“EurOrient”) đã công bố kế hoạch thúc đẩy phát triển các nguồn năng lượng tái tạo và sạch hơn tại khu vực miền Bắc Việt Nam, đồng thời dự tính sẽ quyết định đầu tư 125 triệu USD nhằm góp phần phát triển năng lượng điện chạy bằng sức gió. Hoạt động sản xuất điện bằng sức gió sắp triển khai đang được dự tính xây dựng theo hình thức “xây dựng - sở hữu - chuyển Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 giao” bởi một nhà sản xuất điện năng độc lập và sẽ đóng vai trò xúc tác trong việc thúc đẩy đầu tư tư nhân vào ngành điện Việt Nam. Dự án này sẽ góp phần phát triển các nguồn năng lượng tái tạo của Việt Nam thông qua việc hỗ trợ tài chính để xây dựng các nhà máy phát điện chạy bằng sức gió với tổng công suất 125MW, tuy nhiên công suất chính xác cũng như những vấn đề khác vẫn chưa có được quyết định cuối cùng. Tập đoàn Tài chính EurOrient cũng sẽ cung cấp hỗ trợ kỹ thuật và nâng cao năng lực phục vụ việc phát triển sản xuất điện gió nhằm đẩy mạnh hơn nữa việc sản xuất điện bằng sức gió ở các tỉnh khác. Việc nghiên cứu ứng dụng NLG ở Việt Nam đã bắt đầu vào những năm 1970 với sự tham gia của nhiều cơ quan. Từ năm 1984 với sự tham gia của chương trình Tiến bộ khoa học kỹ thuật nhà nước về Năng lượng mới và tái tạo nên đã có một số kết quả sau: Về động cơ gió phát điện: - Máy phát điện PD 170- 6, công suất 120W nạp ắcquy của Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ CHí Minh. - Máy phát điện PH- 500, công suất 500W của Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội. - Máy WINDCHARGER, công suất 200W nạp ắcquy (theo thiết kế của Mỹ) do một số cơ quan cải tiến thiết kế chế tạo. - Máy phát điện gió công suất 150W của Trung tâm nghiên cứu SOLALAB Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ CHí Minh. Về động cơ gió bơm nước: - Máy D- 4 bơm cột nước thấp của Viện năng lượng, Bộ Công Thương. - Máy D- 3,2 bơm cột nước cao của Viện năng lượng, Bộ Công Thương. - Các máy PB 380- 10 và 350- 8 bơm cột nước cao do Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh thiết kế, chế tạo - Máy OASIS bơm cột nước cao (trước đây do hợp tác xã 2- 9 Thành Phố Hồ Chí Minh cải tiến, thiết kế và chế tạo). Thời gian gần đây do nhu cầu nghiên cứu, ứng dụng năng lượng gió phát Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 triển mạnh, chúng ta đã nhập nhiều loại thiết bị phát điện sức gió của nước ngoài. Tuy nhiên việc nhập và ứng dụng các thiết bị phát điện sức gió của nước ngoài còn đang trong giai đoạn thử nghiệm. Bên cạnh các thiết bị phát điện dùng sức gió công suất cực nhỏ nhập của Trung Quốc ta đã xây dựng các dự án nhà máy điện gió công suất lớn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CẤU TRÚC TỔNG QUÁT HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ 3.1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống phát điện bắng sức gió 3.1.1 Tổng quan về hệ thống a.Yêu cầu đối với hệ thống Trạm điện sức gió được xây dựng phải đáp ứng được các yêu cầu hoạt động và vận hành sau đây: + Hệ thống làm việc độc lập nhưng vẫn cho phép có sự can thiệp của con người khi có yêu cầu. + Cấu trúc lắp đặt của hệ thống đảm bảo thuận lợi cho công tác bảo dưỡng, kiểm tra, thay thế, phòng chống thiên tai: bão, lũ. Bên cạnh đó, do điều kiện năng lượng gió đầu vào của trạm phát điện luôn biến động theo thời gian còn công suất tiêu thụ phía phụ tải đầu ra cũng không ổn định, cho nên hệ thống phải có khả năng xử lý những thay đổi trong năng lượng thu và phát, nhằm duy trì sự cân bằng về năng lượng. Như vậy: + Hệ thống thực hiện tích trữ hoặc bù đắp năng lượng trong điều kiện năng lượng đầu vào nhiều hơn hoặc ít hơn công suất tiêu thụ phía phụ tải. + Nếu công suất tiêu thụ vượt quá lượng cung cấp đầu vào và khả năng bù đắp, hệ thống có biện phát kỹ thuật đảm bảo không bị rã lưới tiêu thụ. + Khi công suất tiêu thụ quá nhỏ còn năng lượng thu được từ đầu vào quá lớn vượt quá năng lượng có thể tích trữ lại, hệ thống có giải pháp tiêu hao nguồn năng lượng dư thừa. Căn cứ theo những yêu cầu vận hành và các bài toán kỹ thuật cần phải có, hệ thống phát điện sức gió có cấu trúc được thiết kế như hình vẽ 3.1. b.Nguyên lý hoạt động Năng lượng gió sẽ được chuyển hoá thành điện năng và được lấy ra ỏ phía stator của máy phát. Hai bộ chỉnh lưu làm nhiệm vụ biến đổi năng lượng xoay chiều thành năng lượng một chiều và đưa vào mạch một chiều. Chỉnh lưu phụ với điện trở Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 hạn chế dòng nạp ban đầu sẽ hoạt động tại thời điểm khởi động hệ thống, nhiệm vụ của nó là nạp tụ lọc Cl . Chỉnh lưu chính sẽ bắt đầu hoạt động sau đó một khoảng thời gian. Nối với mạch một chiều có các bộ phận điện trở hãm, nghịch lưu, mạch nạp ắc-quy và ắc-quy, chúng được tích hợp để phục vụ các bài toán kỹ thuật cho hệ thống. Khi đó dòng năng lượng một chiều sẽ được điều khiển cung cấp cho phụ tải thông qua nhánh phần tử nghịch lưu, hoặc nạp vào trong bộ phận ắc-quy, hoặc đưa tới điện trở hãm. Hoạt động của chúng được điều khiển bởi một bộ điều khiển hiện trường (dùng TMS 320F2812) được tích hợp trong hệ thống. Thông qua các thiết bị đóng cắt S1,S2, … bộ điều khiển hệ thống (dùng Simatic S7-200 của Simens) sẽ thiết lập các chế độ hoạt động: khởi động, cấp điện phụ tải, cắt tải, v.v… c.Phân cấp điều khiển trong hệ thống Phần điều khiển trong hệ thống được chia thành hai cấp căn cứ theo mục đích hoạt động: + Cấp điều khiển hiện trường, thực hiện các bài toán điều khiển cấp Slave nhưng đòi hỏi thời gian thực (bài toán điều chỉnh ổn định điện áp ra, bài toán nạp ắc-quy, bài toán tiêu hao năng lượng dư thừa dùng điện trở hãm, bài toán bù hệ số công suất cosφ) can thiệp trực tiếp đến các phần tử của hệ thống, nó gồm một bộ điều khiển chính, xây dựng dựa trên phần tử TMS320F2812, và các module phụ trợ. + Cấp điều khiển hệ thống, thực hiện các bài toán điều khiển cấp Master như: thiết lập chế độ