MỤC LỤC
Nội dung phần Trang
TRANG PHỤ BÌA
LỜI MỞ ĐẦU 1
MỤC LỤC 4
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 7
DANH MỤC CÁC BẢNG 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 9
CHưƠNG 1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LưỢNG MỚI
VÀ TÁI TẠO TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM11
1.1. Các nguồn và công nghệ sử dụng năng lượng mới và tái tạo 11
1.1.1. Các nguồn năng lượng mới và tái tạo 11
1.1.2. Các công nghệ sử dụng năng lượng mới và tái tạo 13
1.2. Vai trò của các nguồn năng lượng mới và tái tạo hiện tại và trong tương lai20
1.2.1. Các ứng dụng của NLMT 20
1.2.2. Các ứng dụng của năng lượng gió22
1.2.3. Các ứng dụng của năng lượng sinh khối22
1.2.4. Các ứng dụng của năng lượng thuỷ điện nhỏ22
1.2.5. Các ứng dụng của năng lượng địa nhiệt23
1.2.6. Các ứng dụng của năng lượng đại dương24
1.3. Năng lượng mới và tái tạo ở Việt Nam24
1.3.1. Nguồn và tiềm năng 24
1.3.2. Hiện trạng nghiên cứu ứng dụng NLTT ở Việt Nam 27
1.3.3. Triển vọng phát triển của NLTT 29
CHưƠNG 2. NGUỒN NĂNG LưỢNG GIÓ TIỀM NĂNG VÀ ỨNG DỤNG Ở VIỆT NAM34
2.1. Vật lý học về năng lượng gió 34
2.1.1. Các đặc trưng cơ bản về năng lượng gió 34
2.1.2. Năng lượng gió 37
2.2. Tiềm năng năng lượng gió ở Việt Nam 39
2.2.1. Tốc độ gió, cấp gió 39
2.2.2. Chế độ gió ở Việt Nam 40
2.3. Sản xuất điện từ năng lượng gió ở Việt Nam 43
CHưƠNG 3: XÂY DỰNG CẤU TRÚC TỔNG QUÁT HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ46
3.1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống phát điện bắng sức gió 46
3.1.1 Tổng quan về hệ thống 46
3.1.2 Cấp điều khiển hiện trường 49
3.1.3 Cấp điều khiển hệ thống 53
3.2. Nghiên cứu về hệ thống Turbine gió 54
3.2.1. Mô tả Turbine 54
3.2.2. Vận hành turbine 56
3.3. Nghiên cứu về máy phát điện sử dụng năng lượng gió 59
3.3.1. Phương pháp điều khiển máy phát không đồng bộ 59
3.3.2. Phương pháp điều khiển máy phát đồng bộ kích thích vĩnh cửu 63
CHưƠNG IV. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN
SỬ DỤNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ Ở VÙNG NÚI VIỆT NAM68
4.1. Mô hình trạm phát điện sử dụng sức gió công suất nhỏ 68
4.1.1. Tổng quan về hệ thống 68
4.1.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống 68
4.2. Thiết kế máy phát điện đồng bộ kích thích vĩnh cửu 1,5kW 70
4.2.2. Tính toán mạch từ 70
4.2.3. Tổn hao ở chế độ làm việc định mức 79
4.2.4. Các dặc tính làm việc của máy phát điện 81
4.2.5. Tính toán độ tăng nhiệt 81
4.2.6. Chỉ tiêu tiêu hao vật tư 83
4.2.7. Tổng kết các số liệu thiết kế 84
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO 88
PHỤ LỤC
88 trang |
Chia sẻ: maiphuongdc | Lượt xem: 6139 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Nghiên cứu thiết kế hệ thống phát điện bằng sức gió công suất nhỏ, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- doc221.pdf