Đồ án Giải pháp tường gió đối với trạm phong điện

MỞ ĐẦU Đánh giá tiềm năng và nhu cầu năng lượng của Việt Nam: Việt Nam là một nước đang phát triển với tốc độ tăng trưởng kinh tế khá cao. Do đó, nhu cầu tiêu thụ năng lượng, trong đó có điện năng hiện rất lớn. Theo dự báo của Tập đoàn Điện lực Việt Nam EVN, nhu cầu điện năng của nước ta vào năm 2020, 2030 lần lượt là 200.000 GWH và 327.000 GWH trong khi khả năng sản xuất điện trong những năm nói trên chỉ đạt 165.000 GWH (2020) và 208.000 GWH (2030). Như vậy, ta có thể thấy rõ lượng thiếu hụt lên tới 20 % đến 30% mỗi năm. Điện năng ở nước ta hiện nay chủ yếu được sản xuất từ hai nguồn: nhiệt điện và thủy điện. Trong đó, nhiên liệu của các nhà máy nhiệt điện thường là than. Theo như tính toán của các nhà khoa học, với sản lượng khai thác than dự báo là 35 đến 40 triệu tấn/năm thì trữ lượng than còn lại chỉ đủ dùng trong 60 năm nữa sau đó sẽ cạn dần. Mặt khác, hậu quả của việc sử dụng các nguồn năng lượng truyền thống, không có khả năng tái tạo, như than, dầu khí,… là rất nghiêm trọng. Đó là hiện tượng nóng lên của Trái Đất, sự ô nhiễm môi trường, thay đổi khí hậu mà kéo theo nó là hàng loạt các vấn đề mang tính toàn cầu và lâu dài khác. Một câu hỏi đặt ra là liệu có nguồn năng lượng mới nào có thể đồng thời giải quyết được các vấn đề trên hay không. Để trả lời câu hỏi này, đã từ nhiều năm nay, các nhà khoa học trên thế giới đã đầu tư nhiều công sức cho việc tìm kiếm các dạng năng lượng khác, thân thiện với môi trường hơn và có thể tái sử dụng được. Các dạng năng lượng này được gọi chung là năng lượng tái tạo với các ưu điểm nổi trội sau: Ổn định, bền vững và tạo điều kiện độc lập về năng lượng: các dạng năng lượng này tuy không hoàn toàn được phân bố như nhau trên các quốc gia nhưng rõ ràng ở quốc gia, vùng lãnh thổ nào cũng có và cũng đều có khả năng khai thác dưới các dạng khác nhau. Mặt khác, các dạng năng lượng này là vô tận nên đảm bảo về vấn đề an ninh năng lượng. Sạch, không gây ô nhiễm môi trường: năng lượng tái tạo là một nguồn năng lượng sạch, trong quá trình sử dụng không làm gia tăng lượng CO2 và các chất khí thải độc hại khác trong môi trường, gây ô nhiễm. Sau đây ta sẽ điểm qua một vài dạng năng lượng tái tạo, có thể sử dụng để phát điện, và khả năng áp dụng tại Việt Nam. Thủy năng: Bao gồm: năng lượng của sông và năng lượng của đại dương. Năng lượng của sông: dựa vào chênh lệch thế năng của nước trong các hồ chứa với vùng hạ lưu để chuyển hóa thành điện năng thông qua turbin và máy phát. Năng lượng của đại dương: dựa vào động năng của sóng biển, thủy triều,.... chuyển hóa thành điện năng bằng hệ thống thu và chuyển hóa năng lượng. Khả năng áp dụng ở Việt Nam: với đặc điểm khí hậu nóng ẩm, lượng mưa trung bình năm lớn và điều kiện địa hình núi cao dốc, có nhiều thung lũng hẹp, nước ta có tiềm năng rất lớn khai thác thủy điện. Thực tế tại Việt Nam, các trạm thủy điện có quy mô từ nhỏ đến rất lớn đều đã và đang được xây dựng nhằm khai thác triệt để tiềm năng to lớn này. Về năng lượng thủy triều, do đặc điểm thủy triều bờ biển nước ta thấp nên khả năng khai thác là không lớn. Năng lượng mặt trời: Năng lượng mặt trời chuyển hóa thành điện năng dựa trên đặc tính quang điện của những vật liệu bán dẫn: chiếu một tia sáng lên diện tích một vật bán dẫn để tạo ra một hiệu số điện thế. Thiết bị hiện nay được sử dụng là pin mặt trời. Khả năng áp dụng ở Việt Nam: là một nước nhiệt đới có số ngày nắng trung bình năm tương đối cao, đặc biệt ở các vùng từ Thừa Thiên – Huế trở vào Nam Bộ, Việt Nam có tiềm năng không nhỏ trong việc khai thác năng lượng mặt trời. Nước ta đã xây dựng trên 100 trạm quan trắc để theo dõi các số liệu về năng lượng mặt trời trên khắp lãnh thổ. Dựa trên các số liệu, năng lượng bức xạ trung bình trên cả nước là 4 – 6 kWh/m2/ngày. Tuy nhiên do vẫn hạn chế về mặt công nghệ và giá thành nên hiện tại, năng lượng mặt trời ở Việt Nam mới chủ yếu dừng lại ở những dự án nhỏ lẻ có sự tài trợ của các tổ chức quốc tế. Năng lượng gió: Bằng việc chuyển hóa động năng của gió thành cơ năng quay turbin, nối turbin này với máy phát ta sẽ chuyển được năng lượng gió thành điện năng. Khả năng áp dụng ở Việt Nam: tuy không có được tiềm năng lớn như ở các nước Châu Âu, song theo khảo sát của “Chương trình đánh giá về năng lượng cho châu Á” của Ngân hàng Thế giới WB, Việt Nam có tiềm năng về gió lớn nhất ở Đông Nam Á, ước đạt 513.360 MW, cao hơn công suất dự báo của EVN năm 2020. Mặt khác, Việt Nam có đường bờ biển dài hơn 3000 km, lại nằm giữa chí tuyến Bắc và xích đạo, là nơi có gió thổi điều hòa nhất. Với sự quan tâm của chính phủ cùng với sự giúp đỡ của các nước có công nghệ tiên tiến, Việt Nam hoàn toàn có khả năng phát triển năng lượng gió để giải bài toán năng lượng trong tương lai. Năng lượng sinh khổi: Đây là nguồn năng lượng từ cây cỏ thiên nhiên và rác thải. Năng lượng sinh khối có nhiều tác dụng và một trong số đó là sản xuất điện, bằng công nghệ sản xuất điện và nhiệt kết hợp (Combine heat and power – CHP) Khả năng áp dụng ở Việt Nam: Việt Nam là một nước nông nghiệp, do đó có nhiều thuận lợi trong việc sử dụng năng lượng này. Theo nhiều kết quả nghiên cứu, tiềm năng sinh khối từ bã mía trong sản xuất điện là 200 – 250 MW, trấu là 100 MW. Tuy nhiên, việc phát triển dạng năng lượng này để sản xuất điện còn ở giai đoạn thử nghiệm nhỏ, chủ yếu nghiên cứu để sản xuất nhiên liệu mới, đồng thời chính phủ cũng chưa ban hành khung pháp lý về đầu tư phát triển năng lượng sinh học. Đây chính là những khó khăn nhất định trong việc áp dụng năng lượng này ở Việt Nam. Năng lượng địa nhiêt: Nguyên lý: lợi dụng sức nóng của nguồn nước có nhiệt đọ cao từ 150oC trở lên để sản xuất điện. Nghĩa là chuyển hóa nhiệt năng thành điện năng. Khả năng áp dụng ở Việt Nam: tuy không nằm đúng trên vành đai lửa Thái Bình Dương nhưng do ở gần đó nên nước ta cũng có nhiều nguồn nước nóng. Theo thống kê chưa đầy đủ của Cục Địa chất và Khoáng sản, hiện Việt Nam có 264 nguồn nước nóng, trong đó 64 nguồn từ 30 – 40oC, 72 nguồn 41 – 60oC, 36 nguồn 61 – 100oC, trên 100oC chỉ có 4 nguồn. Do nhiệt độ không thực sự cao nên khả năng sản xuất điện từ dạng năng lượng này là có giới hạn. Trong số những nguồn năng lượng mới nêu trên, thủy điện có tiềm năng nhất (xét cả về mặt kinh tế và kỹ thuật). Tuy nhiên, như đã nêu, thủy điện đã và đang được tận dụng triệt để. Ở đất nước ta Nnăng lượng gió là , một nguồn năng lượng tiềm tàng vẫn chưa được khai thác nhiều và , với những ưu điểm của mình chúng, hoàn toàn có thể đưa vào khai thác thương mại, phục vụ phát triển sản xuất cũng như nhu cầu sinh hoạt của nhân dân. Vì Với những lí do nàynói trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu khoa học làtập trung nghiên cứu vào năng lượng gió. Cụ thể là tính toán khả năng sử dụng gió để cung cấp điện độc lập cho những khu vực vùng núi, hải đảo. Đề tài đề cập giới thiệu nguyên lý tập trung gió bằng tường chắn và so sánh, phân tích ưu nhược điểm so với các trạm phong điện thông thường. Bài toán được áp dụng cụ thể cho trạm phong điện tại đảo Phú Quý, Bình Thuận. Kết quả nghiên cứu làm cơ sở về phương pháp luận cho việc lựa chọn loại hình nhà máy phong điện nói chung. CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI I. Một số khái niệm cơ bản Gió bắt nguồn từ sự nóng lên không đều của khí quyển trên bề mặt trái đất dưới tác động của bức xạ mặt trời. Trái đất của chúng ta gồm có: lục địa, đại dương, núi, rừng… Chính sự không đồng nhất của bề mặt đã quy định sự nóng lên khác nhau cùa từng khu vực trên cùng một vĩ độ. Bên cạnh đó chuyển động quay của trái đất cũng làm thay đổi hướng của các luồng không khí. Trên quy mô toàn cầu các hiệu ứng nhiệt này kết hợp với các hiệu ứng động do sự quay của trái đất sẽ hình thành kiểu gió thịnh hành (hinh 1-1). - Vùng lặng gió: nằm trên xích đạo - Vùng gió mùa: nằm từ xích đạo đến 30O vĩ độ Bắc và 30O vĩ độ Nam + Ở bán cầu bắc: hướng gió di chuyển từ phía Đông Bắc. + Ở bán cầu nam: hướng gió di chuyển từ phía Đông Nam. + Vận tốc gió mùa trung bình khoảng 6 – 8 m/s + Chiều cao hoạt động của gió mùa tính từ bề mặt trái đất từ 1 – 4 km - Vùng lặng gió có áp suất cao: nằm từ ở độ 30O bán cầu Bắc và bán cầu Nam. - Vùng từ vĩ độ 30O đến vĩ độ 60O : + Ở bán cầu bắc: hướng gió di chuyển từ phía Tây – Tây Nam + Ở bán cầu nam: hướng gió di chuyển từ phía Tây – Tây Bắc - Vùng từ vĩ độ 60O đến Bắc và cực Nam : + Ở bán cầu bắc: hướng gió di chuyển từ phía Bắc Đông Bắc + Ở bán cầu nam: hướng gió di chuyển từ phía Nam – Đông Nam Hình 1-1: Sự luân chuyển của khí quyển Hình 1-2: Sự luân chuyển của khí quyển Các vùng có trữ năng gió phân biệt với nhau khá rõ nét do các yếu tố địa lý và môi trường. Tốc độ gió trung bình của một khu vực giúp chúng ta lực chọn loại động cơ gió và đánh giá hiệu suất của máy phát điện. Vận tốc gió là quãng đường mà khối không khí di chuyển trong một đơn vị thời gian. Vận tốc gió biến đổi đều theo hướng cũng như theo độ lớn. Nguyên nhân của sự biến đổi này là do sự nóng lên không đều của bề mặt trái đất và sự không bằng phẳng của địa hình. Tốc độ gió tăng theo độ cao và các thành phần lực tác dụng nằm ngang theo tính toán lớn hơn nhiều so với các thành phần thẳng đứng. Tuy nhiên thành phần thẳng đứng lại là nguyên nhân chính gây ra các cơn gió mạnh và các biến đổi ngắn hạn. II. Nội dung cơ bản của đề tài Việc đánh giá tiềm năng năng lượng gió của một vùng để đưa vào khai thác trong lĩnh vực phát điện là một yêu cầu cần thiết. Để xây dựng một nhà máy phong điện cần có một diện tích lớn để phân bố toàn bộ các cột tuabin gió theo thiết kế. Trong phạm vi để tài này trình bày nghiên cứu đánh giá tiềm năng năng lượng gió của một vùng và so sánh phương pháp tập trung năng lượng gió bằng tường gió với một trạm phong điện thông thường có những ưu nhược điểm gì. Hình 1-3: Minh họa phương pháp tập trung năng lượng gió thông thường Hình 1-4: Minh họa phương pháp tập trung năng lượng bằng tường gió CHƯƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI - Công suất của gió qua một diện tích F: Tính cho 1 đơn vị diện tích ta có công suất Nr: Trong đó: - r: khối lượng riêng của không khí, lấy bằng 1.226 (kg/m3) - u: vận tốc gió (m/s) - Điện năng gió : - T: thời gian (giờ) CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI TRONG VIỆC ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG GIÓ CỦA NAM ĐẢO PHÚ QUÝ VÀ GIẢI PHÁP TƯỜNG GIÓ ĐỐI VƠI TRẠM PHONG ĐIỆN I. Tính toán tiềm năng năng lượng gió ở đảo Phú Quý: 1.Các thông tin chung về đảo Phú Quý: - Vị trí địa lý: 10o29’ B đến 10o31’ B và 108o55’Đ đến 108o59’ Đông. - Diện tích: 16,4 km2 - Thuộc tỉnh Bình Thuận, gồm có 3 xã đảo và 10 thôn với huyện lỵ là xã Ngũ Phụng. 2. Tính toán tiềm năng năng lượng gió: (áp dụng tính cho phía Nam đảo Phú Quý) 2.1) Số liệu thu thập: - Tài liệu khí tượng Phú Quý đo ở độ cao 1212m so với mặt đất theo “ Số liệu Khí tượng thủy văn Việt Nam” + Từ năm 1979 - 1985: tốc độ gió trung bình năm 6,2m/s, tốc độ gió lớn nhất 28m/s, hướng Tây vào ngày 22/6/1979 + Từ năm 1980 - 1998: tốc độ gió trung bình năm 5,5m/s, tốc độ gió lớn nhất 28m/s vào ngày 6/1/1995 + Từ năm 1999 - 2003: tốc độ gió trung bình năm 5,1m/s, tốc độ gió lớn nhất 33m/s vào ngày 6/7/2001 + Từ năm 7/2004 – 6/2005: tốc độ gió trung bình năm 4,9m/s, tốc độ gió lớn nhất 18 m/s, hướng Tây – Tây Nam vào ngày 18/7/2004 - Tài liệu đo gió thực tế 1 năm tại bắc và Nam đảo ở độ cao 12m, 40m và 60m so với mặt đất. - Kết quả thu được từ tài liệu: + Hướng gió chính của năm: Bắc – Đông -Bắc + Hướng gió theo tháng: (xem phụ lục I) b2.2) Các công thức sử dụng để tính toán: - Vận tốc gió phụ thuộc vào nhiều yếu tố, do đó ta phải tiến hành hiệu chỉnh vận tốc gió trong tài liệu sẵn có theo địa hình và độ cao như sau: (2-1) Trong đó: - ucd’ là vận tốc gió được chia thành từng cấp độ khác nhau (xem bảng tính số 1 ) - : vận tốc gió trung bình theo cấp độ. - K0: hệ số độ thoáng của vị trí đặt turbin gió, được xác định như sau: (2-2) Với Kmax = 9: hệ số phụ thuộc vào vùng miền. Kb = 8 - Kh: hệ số hiệu chỉnh theo độ cao, và được tính như sau: (2-3) Với H là độ cao cột turbin gió dự kiến. hf là độ cao đặt máy đo gió, ở đây là 40m. m là hệ số phụ thuộc vào vận tốc: m=f(u). Do ở đây không có số liệu tra nên ta chọn m = 0,14. - Công suất của gió qua một turbindiện tích F: (2-4) Tính cho 1 đơn vị diện tích ta có công suất Nr: (2-5) Trong đó: - r: khối lượng riêng của không khí, lấy bằng 1.226 (kg/m3) - ucd’: vận tốc gió đã hiệu chỉnh, tính theo công thức (2-1) - Điện năng gió theo lý thuyết: (2-6) Tương tự như ở trên, nếu tính cho một đơn vị diện tích, ta có điện năng gió năm là: (2-7) Trong đó: T0 là số giờ trong năm: 8760h DPi là tần suất xuất hiện của cấp độ gió ui trong năm. Các đại lượng khác đã được giải thích ở trên. (Kết quả tính toán cụ thể xem bảng tính số 2) - Hệ số sử dụng công suất lắp máy: (2-8) Trong đó: là hệ số sử dụng công suất lắp máy ứng với vận tốc gió u’cd đã tính ở trên, được tính như sau: (2-9) Với NT là công suất định mức của turbin gió. N’i là công suất phụ thuộc vào đặc tính của turbin và vận tốc u’cd. (Kết quả tính toán Ksd xin xem bảng tính số 3) - Điện năng của một trạm phong điện: (2-10) Trong đó: Tsd là thời gian phát được công suất định mức, được tính như sau: (2-11) NT đã được giả thích ở trên. Sau khi tính toán Ksd cụ thể cho từng tháng theo công thức 2-8, ta tính được E1tram của từng tháng theo công thức 2-11 (lúc này, Tsd là số giờ phát được công suất định mức trong từng tháng và trong công thức 2-11 T0 là số giờ trong tháng) ta được kết quả tính ghi ở bảng 4. c2.3) Chọn loại turbin: Căn cứ vào vận tốc gió lớn nhất cũng như chiều cao lắp đặt dự kiến và khoảng vận tốc gió có tần suất xuất hiện lớn nhất, ta chọn loại turbin của hãng FuhrlanderCần nêu ró nhãn hiệu của tuabin -250 có các thông số như sau: - Công suất định mức: NT = 125kW - Vận tốc gió nhỏ nhất có thể hoạt động được: umin = 2,5 (m/s) - Vận tốc gió lớn nhất: umax = 25 (m/s) - Vận tốc gió làm việc với với công suất định mức: uđm=14m/s - Đường kính rôto: D = 29,5 (m) - Độ cao lắp đặt: H = 40m. - Đường đặc tính công suất của tuabin FuhrlanderCần nêu ró nhãn hiệu của tuabin -250 d2.4) Các kết quả tính toán cụ thể: Với loại turbin đã chọn ở trên, ta tiến hành tính toán theo các công thức (đã nêu ở mục b 2.2phần 2) được kết quả như sau: Bảng 1 ucd 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 u’cd 0.56 1.69 2.81 3.94 5.06 6.19 7.31 8.44 9.56 ucd 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 9.5 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5 15.5 16.5 17.5 u’cd 10.69 11.81 12.94 14.06 15.19 16.31 17.44 18.56 19.69 ucd 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 18.5 19.5 20.5 21.5 22.5 u’cd 20.81 21.94 23.06 24.19 25.31 Bảng 2 u’cd (m/s) DPi (%) Nri (W) DPix Nri 0.56 0.18 1.88 0.03 0.00 1.69 4.81 2.73 0.78 0.13 2.81 22.25 5.80 3.63 1.29 3.94 61.05 10.11 9.95 6.17 5.06 129.75 13.55 21.15 17.57 6.19 236.89 13.15 38.61 31.14 7.31 391.02 11.31 63.74 44.24 8.44 600.68 7.86 97.91 47.23 9.56 874.41 5.63 142.53 49.27 10.69 1220.75 4.48 198.98 54.73 11.81 1648.26 4.35 268.67 71.63 12.94 2165.46 4.49 352.97 97.18 14.06 2780.91 4.40 453.29 122.40 15.19 3503.15 3.02 571.01 105.96 16.31 4340.72 2.81 707.54 122.09 17.44 5302.16 2.15 864.25 114.05 18.56 6396.01 1.17 1042.55 74.71 19.69 7630.83 0.51 1243.83 39.17 20.81 9015.15 0.27 1469.47 24.76 21.94 10557.51 0.15 1720.87 15.75 23.06 12266.46 0.08 1999.43 9.62 24.19 14150.54 0.07 2306.54 9.51 25.31 16218.29 0.02 2643.58 3.63 En = 5704.1376 kWh Bảng 3 ucd m/s K0 Kh u’cd m/s DPi % Ni (kW) Ni’ kW NT kW xDPi 3 - 4 3.5 1.125 1 3.94 10.11 10.11 25.58 19 125 0.152 0.015 4 - 5 4.5 1.125 1 5.06 13.55 23.66 54.36 31 125 0.248 0.034 5 - 6 5.5 1.125 1 6.19 13.15 36.80 99.25 42 125 0.336 0.044 6 - 7 6.5 1.125 1 7.31 11.31 48.12 163.83 55 125 0.440 0.050 7 - 8 7.5 1.125 1 8.44 7.86 55.98 251.67 66 125 0.528 0.042 8 - 9 8.9 1.125 1 9.56 5.63 61.62 366.36 80 125 0.640 0.036 9 -10 9.5 1.125 1 10.69 4.48 66.10 511.47 89 125 0.712 0.032 10-11 10.5 1.125 1 11.81 4.35 70.44 690.59 103 125 0.824 0.036 11-12 11.5 1.125 1 12.94 4.49 74.93 907.29 113 125 0.904 0.041 12-13 12.5 1.125 1 14.06 4.40 79.33 1165.15 125 125 1.000 0.044 13-14 13.5 1.125 1 15.19 3.02 82.36 1467.76 125 125 1.000 0.030 14-15 14.5 1.125 1 16.31 2.81 85.17 1818.68 125 125 1.000 0.028 15-16 15.5 1.125 1 17.44 2.15 87.32 2221.51 125 125 1.000 0.022 16-17 16.5 1.125 1 18.56 1.17 88.49 2679.81 125 125 1.000 0.012 17-18 17.5 1.125 1 19.69 0.51 89.00 3197.18 125 125 1.000 0.005 18-19 18.5 1.125 1 20.81 0.27 89.28 3777.18 125 125 1.000 0.003 19-20 19.5 1.125 1 21.94 0.15 89.43 4423.41 125 125 1.000 0.001 20-21 20.5 1.125 1 23.06 0.08 89.51 5139.43 125 125 1.000 0.001 21-22 21.5 1.125 1 24.19 0.07 89.57 5928.82 125 125 1.000 0.001 Ksd = 0.475 Bảng 4 Tháng Ksd E1tram (kWh) Tsd (h) số giờ trong tháng 1 0.754 70 122 560.98 744 2 0.742 62 328 498.62 672 3 0.57 53 010 424.08 744 4 0.405 36 450 291.60 720 5 0.288 26 784 214.27 744 6 0.514 46 260 370.08 720 7 0.213 19 809 158.47 744 8 0.347 32 271 258.17 744 9 0.192 17 280 138.24 720 10 0.3 27 900 223.20 744 11 0.437 39 330 314.64 720 12 0.941 87 513 700.10 744 Tổng 519 057 4152.46 8760 Ksd trung bình năm là 0.475 En của 1 trạm là 519,057 MWh. Theo phương thức bố trí trong nhà máy phong điện diện tích chiếm dụng trung bình của 1 cột tuabin gió là 5000 m2 Ứng với nhà máy phong điện gồm 6 tổ máy, công suất lắp máy là :750kW , điện năng trung bình năm là : 3114 MWh 3. Tính toán so sánh giữa phương án lắp đặt nhà máy phong điện truyền thống và phương án lắp đặt đập gió (tường gió): a) Mô tả tường gió: - Turbin gió đã chọn ở trên là loại 125kW có diện tích là 683,5 m2. Do đó ta xây dựng một tường gió có diện tích gần 683,5m2. - Tường gió lắp đặt loại turbin Atlantis Windkraft Cần nêu ró nhãn hiệu của tuabin WB15/0.3kW có các thông số sau: + Công suất định mức: NT = 0,37 kW + Vận tốc gió nhỏ nhất: umin = 3 m/s + Vận tốc gió định mức: uT = 10m/s + Đường kính roto D = 1,5 m + Diện tích vùng quét của roto: F = 1,8 m2 + Số cánh quạt: 3 - Mỗi turbin được đặt trong một khoang hình tròn có bán kính là 0,8 m và bao ngoài là ô hình lục giác có bán kính đường tròn ngoại tiếp là 1,2 m với tổng diện tích là 3,74m2. Như vậy, tổng diện tích của tường gió là 673,4 m2. - Tường gió trên được bố trí 9 tầng, mỗi tầng 20 turbin. Tâm của turbin thấp nhất cách mặt đất 3m, tâm của turbin cao nhất cách mặt đất 17,4 m. Hình 3-1. Sơ đồ bố trí tường gió b) Tính toán năng lượng của tường gió: - Sử dụng chung các công thức tính toán cho một trạm phong điện như ở trên để tính toán tìm năng lượng của tường gió. Tính toán cho các cấp độ gió ở từng độ cao lắp đặt khác nhau cho từng tầng của tường gió. - Kết quả tính toán như sau: Độ cao đặt turbin Ksd En 1 turbin (kWh) En tầng (KWh) 3 0.274 888.0888720.072 17761.8129613 4.8 0.309 1001.531812.052 20030.6146169.4 6.6 0.338 1095.526888.264 21910.5159887.5 8.4 0.338 1095.567888.264 21911.3159887.5 10.2 0.364 1179.797956.592 23595.9172186.6 12 0.375 1215.45985.5 24309.0177390 13.8 0.394 1277.0331035.432 25540.7186377.8 15.6 0.4 1296.481051.2 25929.6189216 17.4 0.409 1325.6511074.852 26513.0193473.4 Tổng 0.355667356 10375.128 412.228 207502.51 514 201Xem lại bảng tính, tinh sai Ghi chú: độ cao đặt turbin (độ cao tầng turbin) tính từ mặt đất lên và tính đến tâm turbin. Vậy điện năng thu được của tường gió là 207.5M1514,201 MWh.có công suất lắp máy 66.6kw Tương tự ,ứng với công suất lắp máy của tường gió 125kW thì điện năng thu được 388.5 MWh và có diện tích chiếm dụng không gian là 1280 m2, chúng ta thiết kế 2 tường gió. c) Kết luận: - Thông qua kết quả tính toán ta thấy phương án tường gió với cùng công suất lắp máy chúng ta thu được điện lượng trung bình năm En lớn nhỏ hơn so với phương án lắp đặt trạm phong điện kiểu truyền thống 25%. Tuy nhiên diện tích chiếm dụng của tường gió lại nhỏ hơn rất nhiều so với diện tích chiếm dụng của nhà máy phong điện thông thường..Viết lại kết luận, nhận xét ưu, nhược điểm rõ ràng - Mật độ năng lượng gió khai thác để phát điện trên một đơn vị diện tích: Trong đó: En – điện lượng trung bình năm của trạm phong điện hoặc tường gió, FMN – diện tích chiếm dụng của nhà máy + Đối với trạm phong điện thông thường: rkhaithác=0.104 MW/m2 + Đối với tường gió: rkhaithác= 0.304 MW/m2 Từ kết quả trên có thể thấy mật độ năng lương gió dùng để phát điện của tường gió lớn hơn khoảng 3 lần so với trạm phong điện thông thường. - Tuy nhiên, khả năng lắp đặt, xây dựng còn phụ thuộc vào điều kiện địa chất, địa hình và các yếu tố khác, do đó việc tính toán sơ bộ ở đây chỉ là một yếu tố để xem xét khi chọn phương án. 4. Tiến hành bố trí cho từng phương án nhà máy phong điện truyền thống: - Căn cứ vào bình đồ khu vực phía Nam đảo đã có, ta tiến hành bố trí vị trí các turbin gió cũng như tường gió. - Căn cứ vào cách xây dựng hoa gió từ tài liệu khí tượng - Với phương án trạm phong điện kiểu truyền thống: bố trí 6 turbin với các khoảng cách như trên hình sau: Hình 3 – 2. Sơ dđồ bố trí nhà máy phong điện kiểu truyền thống - Sơ đồ bố trí cụ thể xem trên bình đồ. CHƯƠNG IV: Ý NGHĨA THỰC TIỄN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG I. Ý nghĩa Như đã phân tích và tính toán cụ thể bên trên thì việc xác định tiềm năng năng lượng gió để từ đó đưa ra giải pháp khai thác điện năng có ý nghĩa trong việc giải quyết một phần sự thiếu hụt năng lượng hiện nay. Như chúng ta phân tích ở trên thì trường hợp sử dụng đập gió (tường gió) giúp giảm nhỏ diện tích cũng như không gian sử dụng của nhà máy nếu so sánh với một nhà máy phong điện thông thường có cùng công suất. II. Phạm vi ứng dụng Với phương pháp tính toán như trên đề tài này có thể ứng dụng khai thác năng lượng gió cho tất cả các vùng khác nhau. Tuy nhiên, trong phạm vi để tài này chúng em chỉ nghiên cứu phương pháp tính toán đơn giản dùng để đánh giá trữ năng năng lượng gió cũng như ứng dụng phương pháp này vào thiết kế sơ bộ các trạm phong điện nói chung ở nước ta. IKẾT LUẬNII. Kết luận: Như vậy sau một thời gian học tập và nghiên cứu chúng em đã hoàn thành đề tài nghiên cứu: “Giải pháp tường gió đối với trạm phong điện” Thông qua đề tài Nghiên cứu khoa học này, chúng em đã được tìm hiểu về các dạng năng lượng mới mà cụ thể là năng lượng gió. Trong đề tài chúng em đã trình bày phương pháp tính toán xác định năng lượng gió của một vùng nhất định từ đó tiến hành khai thác điện năng và so sánh phương pháp tập trung năng lượng bằng tường gió với các trạm phong điện thông thường. Chúng em hy vọng sẽ có điều kiện tiến hành đi sâu nghiên cứu toàn diện về cách tính toán chi tiết cho trạm phong điện để đề tài có ý nghĩa thực tiến hơn. Do thời gian và trình độ còn hạn chế nên trong phạm vi đề tài chúng em chỉ nghiên cứu tính toán sơ bộ và không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong các thầy cô giáo thông cảm và tạo điều kiện giúp đỡ chúng em hơn nữa để chúng em có thêm nhiều kiến thức chuyên môn và phát triển đề tài có thêm tính ứng dụng hơn nữa Nhân đây Thông qua đề tài Nghiên cứu khoa học này, chúng em đã được tìm hiểu về các dạng năng lượng mới mà cụ thể là năng lượng gió và học cách tính toán cũng như bố trí một nhà máy phong điện. Đồng thời, chúng em cũng được tìm hiểu thêm và các cách ứng dụng khác nhau của năng lượng gió. Cchúng em cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới các Thầy cô giáo Khoa Năng lượng đặc biệt là thầy giáo PGS.TS. Hồ Sĩ Dự cảm ơn và cô giáo ThS. Hồ Ngọc Dung và thầy PGS.TS. Hồ Sĩ Dự đã nhiệt tình giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài này. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viênICÁC TÀI LIỆU THAM KHẢOV. Các tài liệu tham khảo: “Năng lượng Việt Nam bước ra biển lớn” – Tập đoàn năng lượng Việt Nam ( VEA) – NXB Hà Nội 2007 “Năng lượng cho thế kỷ 21 – những thách thức và triển vọng” – Hồ Sĩ Thoảng và Trần Mạnh Trí – NXB Khoa học và kỹ thuật 8/2009 Bảng tra turbin gió (nguồn Internet) Các thông tin về tường gió (nguồn Internet) PHỤ LỤC TÍNH TOÁN N E S NW NNW NNE WNW NE ENE W ESE SE SSE WSW SW SSW E E E Ghi chú: là turbin Bố trí turbine khi có hướng gió chủ đạo Hoa gió Bố trí turbine N E S NW NNW NNE WNW NE ENE W ESE SE SSE WSW SW SSW N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW Hoa gió Bố trí turbine khi không có hướng gió chủ đạo B? trí turbin Ghi chú: là turbin