Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http //www lrc tnu edu vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngành Công nghệ Chế tạo máy NGHIÊ[.]
Mục tiêu và nhiện vụ của luận văn
“Nghiên cứu, tính toán và thiết kế biên dạng cánh turbine gió trục đứng cho máy phát điện công suất 3KW”
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Lựa chọn cánh phù hợp cho turbine gió kiểu trục đứng với năm cánh phương hứng gió cố định có thể tối ưu hóa hiệu suất cho máy phát điện gió công suất 3KW.
Góp phần thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng năng lƣợng gió vào phục vụ lợi ích đời sống con người
Nghiên cứu tổng quan về các công trình đã đƣợc thực hiện trong và ngoài nước đối với tính toán thiết kế cánh turbine gió
Nghiên cứu, tính toán xây dựng công thức để xác định đƣợc biên dạng cánh turbine gió
Thực nghiệm mô hình để khảo sát, đánh giá và xác định các thông số cơ bản của hệ thống cánh turbine gió
Xác định các thông số cơ bản của cánh turbine cho máy phát điện gió công suất 3kW là rất quan trọng Nghiên cứu này giúp đánh giá khả năng và phạm vi ứng dụng của turbine trong việc sản xuất năng lượng tái tạo.
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Tính toán, thiết kế hệ thống cánh turbine gió kiểu trục đứng
- Có phương hứng gió cố định
- Với năm cánh trên rotor
- Sử dụng cho máy phát điện bằng sức gió công suất đến 3KW
- Nghiên cứu, tính toán khí động học tác động lên hệ thống cánh turbine gió
- Thực nghiệm mô hình cánh turbine gió
- Xác định các thông số cơ bản hệ thống cánh turbine phù hợp yêu cầu đề tài
Đề tài này nghiên cứu quy luật động lực học tác động lên cánh hứng gió của turbine, từ đó góp phần vào việc thiết kế và chế tạo cánh turbine gió tối ưu nhất cho điều kiện Việt Nam.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Nghiên cứu đã cho phép các nhà khoa học phát triển hệ thống cánh turbine gió kiểu trục đứng cho máy phát điện có công suất 3kW, phù hợp với điều kiện khí hậu và địa lý tại Việt Nam.
Từ đó cung cấp nguồn điện năng phục vụ sinh hoạt và đóng góp cho ngành công nghiệp phát triển xây dựng đất nước
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Năng lượng gió
Khi mặt trời chiếu sáng trái đất không đồng đều, nhiệt độ của bầu khí quyển, không khí và nước trở nên khác nhau Sự chênh lệch này tạo ra các khu vực có nhiệt độ và áp suất khác nhau, dẫn đến hình thành gió - luồng khí di chuyển từ vùng áp suất cao tới vùng áp suất thấp Năng lượng gió, do đó, được hiểu là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển và là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời.
Năng lượng gió đã được khai thác từ hàng trăm năm trước, ban đầu phục vụ cho việc di chuyển thuyền buồm và khinh khí cầu Ý tưởng sử dụng năng lượng gió để sản xuất điện năng ra đời ngay sau những phát minh về điện và máy phát điện.
1.1.1 Tình hình sử dụng năng lượng gió trên thế giới
Sau các cuộc khủng hoảng dầu mỏ trong thập kỷ 1970, nghiên cứu và sản xuất năng lượng từ các nguồn thay thế, đặc biệt là năng lượng gió, đã được đẩy mạnh trên toàn cầu Nhiều quốc gia như Đức, Mỹ, Hà Lan, Đan Mạch, Tây Ban Nha, Áo, Anh, Pháp, Úc, Ấn Độ, Nhật Bản và Trung Quốc đã dẫn đầu trong việc khai thác và sử dụng năng lượng gió Đồng thời, lĩnh vực này cũng thu hút nhiều công trình nghiên cứu trên toàn thế giới, góp phần vào sự phát triển bền vững của năng lượng tái tạo.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Theo [5], thống kê đến năm 2007 thế giới đã xây dựng đƣợc khoảng 20073
Năng lượng gió đóng góp đáng kể vào sản lượng điện toàn cầu, với công suất MW điện từ năng lượng gió đạt 5244 MW tại Mỹ, 3522 MW ở Tây Ban Nha, 3449 MW tại Trung Quốc, 1730 MW ở Ấn Độ và 1667 MW ở Đức Công suất này có thể biến động theo nguồn năng lượng gió qua các năm, cũng như tùy thuộc vào từng quốc gia và vùng miền khác nhau.
Từ năm 1996, đã có những thống kê và so sánh về tỷ lệ điện năng sử dụng từ máy phong điện so với tổng điện năng tiêu thụ tại nhiều quốc gia như Đức, Mỹ, Tây Ban Nha, Ấn Độ, Trung Quốc, Đan Mạch và các nước khác.
Theo [5], sự phát triển điện năng từ nguồn gió theo các năm nhƣ biểu đồ sau:
Hình 1.1 Biểu đồ phát triển điện năng từ nguồn gió ở một số nước trên thế giới
Chiếm tỷ lệ theo phần trăm nhƣ biểu đồ sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trung Quốc là quốc gia hàng đầu ở Châu Á trong nghiên cứu và phát triển năng lượng gió, đặc biệt chú trọng vào các loại máy phong điện cỡ nhỏ Mỗi năm, Trung Quốc sản xuất khoảng 2000 máy phong điện phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt tại các khu vực nông thôn, với một ví dụ điển hình là vùng Nội Mông.
Tại địa phương này, có 1300 máy phong điện các cỡ đang hoạt động để phát điện và hỗ trợ các máy chế biến lâm sản và nông sản Chính quyền địa phương đã triển khai các biện pháp khuyến khích và hỗ trợ giá cho các nhà máy sử dụng máy phong điện, dẫn đến việc sử dụng máy phát điện bằng sức gió ngày càng phổ biến.
Việt Nam sở hữu tiềm năng năng lượng gió lớn với hơn 3600 km bờ biển và khoảng 3000 đảo lớn nhỏ, nơi có nguồn gió ổn định quanh năm Mật độ và tính ổn định của năng lượng gió khác nhau giữa các vùng do đặc điểm địa lý và địa hình Các khu vực như Đảo Bạch Long Vĩ, Đảo Trường Sa, Đảo Hoàng Sa, Quy Nhơn, Quảng Bình, Phan Thiết, Cửa Tùng, và Móng Cái được đánh giá có tiềm năng gió mạnh và ổn định.
Ví dụ mật độ năng lượng gió ở một số địa phương:
- Đồng bằng Sông Hồng: 250 KWh/m 2 - năm
- Quảng Nam, Quảng Ngãi: 400 KWh/m 2 - năm
- Cam Ranh, Vũng Tàu: 700÷ 800 KWh/m 2 - năm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Tiền Giang, Cà Mau: 500 KWh/m 2 - năm
- Bờ biển bắc Trung Bộ: 500 ÷ 600 KWh/m 2 - năm
- Các hải đảo phía đông: 3000 ÷ 4.000 KWh/m 2 - năm
Nhà máy phát điện bằng sức gió đầu tiên tại Việt Nam được xây dựng ở huyện đảo Bạch Long Vỹ, Hải Phòng với công suất 800 KW và vốn đầu tư khoảng 0,87 triệu USD Ngoài ra, trạm phong điện ở huyện Quảng Xương - Thanh Hoá và hai huyện thuộc tỉnh Gia Lai có công suất mỗi tổ máy khoảng 500A Hiện nay, chúng ta đang triển khai xây dựng các nhà máy phong điện trên khắp các miền hải đảo, miền trung và các tỉnh như Quảng Trị, Bình Định, Bình Thuận.
Việc nâng cao hiệu quả của máy phong điện ở Việt Nam đang được nghiên cứu qua nhiều đề tài khác nhau Một trong những đề tài nổi bật là “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ phát điện bằng sức gió có công suất 10-30kw phù hợp với điều kiện Việt Nam” (2004) do PGS.TSKH Nguyễn Phùng Quang chủ trì, tập trung vào trạm phong điện kiểu trục ngang Đề tài KC 07.04 (2006) của KS Nguyễn Tấn Anh Dũng nghiên cứu turbine gió trục ngang với số lượng cánh lớn, ứng dụng trong nông nghiệp nhưng chưa khai thác turbine trục đứng Luận văn Thạc sĩ “Tính toán thiết kế hệ thống cánh turbine gió kiểu trục đứng trong máy phong điện công suất 10KW” (2009) của Chu Đức Quyết đã tính toán thiết kế các yếu tố liên quan đến turbine trục đứng, nhưng vẫn còn thiếu sót trong một số khía cạnh.
Máy phong điện công suất nhỏ 3kW tại Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên chưa áp dụng thiết kế cánh cong và cánh có phương hứng gió cố định.
