cấu tạo tua bin gió

MỘT SỐ CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ TRONG TUABIN HIỆN NAY 3.1 Tua bin có bộ tích trử năng lượng gió 3.2 Tua bin có bộ điều tốc 3.3 Một số tua bin gió lớn nhât hiện nay... là những địa điể

CHỦ ĐỀ: PHONG ĐIỆN – WIND POWER

1 DƯƠNG QUỐC ĐỆ

THÀNH VIÊN TRONG NHÓM

2 NGUYỄN HỒNG HẢI

3 TRẦN VĂN HẬU

I TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ NHỮNG THUẬN LỢI, KHÓ KHĂN CỦA NGHÀNH PHONG ĐIỆN

1.1 Tổng quan về năng lượng gió

1.2 Tính kinh tế và tính kinh tế và so sánh chi phí từ phong điện và thủy điện

1.3 Các dự án đang tiến hành

1.4 Những thuận lợi và khó khăn của việc sử dụng năng lượng gió

II CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG TUABIN GIÓ

2.1 Cấu tạo chính tua bin gió

2.2 Các thiết bị khác

2.3 Nguyên lý hoạt động tua bin gió

2.4 Một số tua bin gió hiện nay

III MỘT SỐ CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ TRONG TUABIN HIỆN NAY

3.1 Tua bin có bộ tích trử năng lượng gió

3.2 Tua bin có bộ điều tốc

3.3 Một số tua bin gió lớn nhât hiện nay

1.1 Tổng quan về năng lượng gió:

1 Khái niệm :

Gió là một dạng năng lượng của mặt trời Gió được

sinh ra là do nguyên nhân mặt trời đốt nóng khí quyển, do trái đất xoay quanh mặt trời và do

sự không đồng đều trên bề mặt trái đất Luồng gió thay đổi tùy thuộc vào địa hình trái đất, luồng nước, cây cối Con người sử dụng năng lượng gió cho nhiều mục đích như: đi thuyền, thả diều, phát điện …

clip

2 Năng lượng gió tại Việt Nam:

 Năng lượng gió tại Việt Nam cho tới hiện tại chỉ mới được khai thác một số lượng nhỏ, với sản lượng đầu ra dao động từ 150 - 200W Tổng công suất lắp đặt cho các hệ thống điện gió tại các vùng sâu vùng xa ở Việt Nam là 1.25MW Các nghiên cứu sản xuất chỉ tập trung vào những turbine gió nhỏ với công suất tối đa là 500W Turbine gió có công suất lớn hơn 500W thì phải nhập khẩu

 Việt Nam có tiềm năng gió rất cao với tổng diện tích vùng lãnh thổ có tiềm năng khai thác gió xấp xỉ 9% tổng diện tích quốc gia Nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với đường bờ biển dài, Việt Nam có lợi thế rất lớn về phát triển năng lượng gió

4

 Việt Nam có tiềm năng về năng lượng gió lớn nhất trong khu vực so với các nước láng giềng như Campuchia, Lào, Thai lan 8.6% tổng diện tích Việt Nam được đánh giá là có tiềm năng từ “cao” đến “rất cao” cho việc phát triển các turbine gió lớn (vận tốc gió >7m/s)

 Số liệu từ Ngân Hàng Thế Giới (WB) cho thấy, tiềm năng sản xuất điện từ gió ở Việt Nam lên đến 513.360 MW/năm Các nhà khoa học cũng khẳng định, Việt Nam có khoảng 17.400 héc ta rất thích hợp cho các dự án, công trình phát triển năng lượng gió Hiện nay, Bình Thuận đã dự kiến công suất lắp đặt điện gió đến năm 2015 khoảng 1500 MW và sẽ đạt khoảng 3000 MW vào năm 2020 Ngoài ra, các vùng đảo ngoài khơi như Bạch Long Vĩ, đảo Phú Quý, Trường Sa là những địa điểm gió có vận tốc trung bình cao, tiềm năng năng lượng gió tốt, có thể xây dựng các trạm phát điện gió công suất lớn để cung cấp năng lượng điện cho dân cư trên đảo

 Tổng tiềm năng về năng

lượng gió của Việt Nam

được ước tính là 513,360

MW cao gấp 6 lần công

suất dự kiến của các nhà

máy điện Việt Nam vào

Sơ đồ phân bố mật độ dân cư và khả năng xây dựng tua

bin gió tại Việt Nam

1 Tính kinh tế:

Chi phí để xây dựng một trạm phong điện gồm: 5 chi phí chính

 Chi phí cho máy phát điện và các cánh đón gió chiếm phần chủ yếu

 Chi phí cho bộ ổn áp và hòa mạng, tự động đưa dòng điện về điện áp và tần suất với mạng điện quốc gia

 Chi phí cho ắc-quy, bộ nạp và thiết bị đổi điện từ ắc-quy trở lại điện xoay chiều

 Chi phí cho phần tháp hoặc trụ đỡ tùy thuộc chiều cao trụ, trọng lượng thiết bị và các điều kiện địa chất công trình

 Chi phí cho việc vận chuyển tới nơi xây dựng và công việc lắp đặt trạm Chi phí này ở Việt Nam rẻ hơn rất nhiều so với các nước khác

8

1.2 Tính kinh tế và so sánh chi phí từ phong điện và thủy điện:

2 So sánh chi phí đầu tư giữa phong điện và thủy điện:

 Toàn bộ chi phí cho một trạm phong điện 4800 kW khoảng 3 000 000 Euro

 Với 500 trạm phong điện loại 4800 kW sẽ có công suất 2,4 triệu kW, bằng

 Công suất nhà máy thủy điện Sơn La , tổng chi phí sẽ là :

 500 x 3 000 000 € = 1,50 tỷ Euro = 1,875 tỷ USD,

 Chi phí này nhỏ hơn 2,4 tỷ USD, là dự toán xây dựng nhà máy thủy điện Sơn La

3 Giá thành mỗi kWh:

 Giá thành một kWh điện trong 10 năm đầu có thể tính như sau

 Sản lượng điện của trạm trong 1 năm là:

4800kW x 2200 giờ =10560 000 kWh

 (ở đây tính trạm chỉ đủ gió để hoạt động 2200 giờ - khoảng ¼ thời gian một năm)

 Một trạm 4800 kW trong 10 năm có sản lượng điện là 105 600 000 kWh

 Chi phí để xây dựng trạm là 3 000 000 €

 Chi phí duy tu bảo dưỡng trong 10 năm là : 240 000 €

 Toàn bộ chi phí trong 10 năm đầu là 3 240 000 €

10

 Chi phí cho 1 kWh là :

 3 240 000 : 105 600 000 = 0,031 €

 Tính ra tiền Việt Nam với tỷ giá 20 000 Đồng / 1 € :

 0,031 x 20 000 = 620 đồng / kWh

 Giá thành 1 kWh điện trong 10 năm tiếp theo:

 10 năm tiếp theo chỉ phải chi cho việc duy tu bảo dưỡng, giá thành sẽ là :

 240 000 € : 105 600 000 kWh = 0,0023 € / 1 kWh

 Tính ra tiền Việt Nam : 0,0023 x 20 000 = 46 đồng / 1 kW.

( chi phí này theo tính toán sơ bộ, trong quá trình thực hiện có thể thay đổi )

Hiện nay có nhiều nhà đầu tư nước ngoài và các công ty Việt Nam đang xây dựng các dự án về trang trại gió ở Việt Nam với công suất từ 6MW đến 150MW Dự án có tốc độ triển khai nhanh nhất là dự án của REVN Với dự án này, 5 turbine gió với công suất 1.5MW do Công ty Fuhrlander của Đức sản xuất đã được lắp thành công tại tỉnh Bình Thuận vào cuối tháng 07 năm 2009.

 Công ty CP Năng lượng tái tạo Việt Nam (REVN) là chủ đầu tư dự án Phong điện Tuy Phong - tỉnh Bình Thuận

Dự án này có qui mô 120MW bao gồm 80 trụ phong điện (công suất mỗi trụ = 1,5MW) phân bố đều trên diện tích chiếm đất 150Ha Vị trí địa hình rất thuận lợi cho việc thi công và đấu nối hệ thống

12

1.3 Các dự án đang tiến hành tại VN:

 Chiều cao mỗi trụ 85 m, đường kính cánh gió là

77m (chiều dài mỗi cánh = 37,5m), đường kính

phần thân trụ (bằng thép tròn rỗng) ở đáy là 4,3m

Khối lượng turbine lắp đặt trên đỉnh trụ nặng 8 tấn

(Turbine có đường kính gần 3m, dài gần 7m)

Thiết bị phong điện trọn bộ của Hãng Fuhrlander

(Germany) Xe cẩu phải nhập từ Germany về tải

trọng thiết kế 550 tấn, chiều cao cẩu tối đa 180m

Clip

1.4 Những thuận lợi và khó khăn của việc sử dụng năng lượng gió:

a Những thuận lợi:

 Năng lượng gió là nhiên liệu sinh ra bởi gió, vì vậy nó là nguồn nhiên liệu sạch Năng lượng gió không gây ô nhiễm

không khí so với các nhà máy nhiệt điện dựa vào sự đốt cháy nhiên liệu than hoặc khí gas Năng lượng gió có ở nhiều vùng Do đó nguồn cung cấp năng lượng gió của đất nước thì rất phong phú

 Năng lượng gió là một dạng năng lượng có thể tái tạo lại được mà giá cả lại thấp do khoa học tiến tiến ngày nay Khoảng

4 đến 6 cent/kwh Điều đó còn tuỳ thuộc vào nguồn gió, tài chính của công trình và đặc điểm của công trình

14

 Tuabin gió có thể xây dựng trên các nông trại, vì vậy đó là một điều kiện kinh tế cho các vùng nông thôn, là nơi tốt nhất về gió mà có thể tìm thấy Những người nông dân và các chủ trang trại

có thể tiếp tục công việc trên đất của họ bởi vì tuabin gió chỉ sử dụng một phần nhở đất trồng của họ, chủ đầu tư năng lượng gió chỉ phải trả tiền bồi thường cho những nông dân và chủ các trang trại mà có đất sử dụng việc lắp đặt các tuabin gió.

b Những khó khăn:

 Năng lượng gió phải cạnh tranh với các nguồn phát sinh thông thường ở một giá cơ bản Điều đó còn phụ thuộc

vào nơi có gió mạnh như thế nào Vì thế nó đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu cao hơn các máy phát điện chạy bằng nhiên liêu khác

 Năng lượng gió là một nguồn năng lượng không liên tục và nó không luôn luôn có khi cần có điện Năng lượng gió

không thể dự trữ được và không phải tất cả năng lượng gió có thể khai thác được tại thời điểm mà có nhu cầu về điện

 Những nơi có năng lượng gió tốt thường ở những vị trí xa xôi cách thành phố nhưng những nơi đó lại cần điện.

16

2.1 Cấu tạo tua bin gió:

Bao gồm các phần chính

sau đây:

Bộ đo lường tốc độ gió và

truyền dữ liệu tốc độ gió

tới bộ điểu khiển

 Controller:

Bộ điều khiển Bộ điều khiển sẽ

khởi động động cơ ở tốc độ gió

khoảng 8 đến 14 dặm/giờ tương

ứng với 12 km/h đến 22 km/h và

tắc động cơ khoảng 65 dặm/giờ

tương đương với 104 km/h bởi vì

các máy phát này có thể phát

nóng

20

Flast

tốc độ quay là yêu cầu của hầu hết các

máy phát điện sản xuất ra điện Bộ

bánh răng này rất đắt tiền nó là một

phần của bộ động cơ và tuabin gió

flast

 Máy phát điện: Năng lượng gió từ tua bin gió truyền vào một máy phát điện qua bộ chuyển tốc , làm máy

phát quay phát ra điện Điện tạo ra theo dây dẫn truyền xuống bộ trữ năng

22

High – speed shaft: Trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao Low – speed shaft: Trục quay tốc độ thấp

 Nacelle: Vỏ

Bao gồm rotor và vỏ bọc ngoài, toàn

bộ được dặt trên đỉnh trụ và bao

gồm các phần: gear box, low and

high – speed shafts, generator,

controller, and brake Vỏ bọc ngoài

dùng bảo vệ các thành phần bên

trong vỏ Một số vỏ phải đủ rộng để

một kỹ thuật viên có thể đứng bên

trong trong khi làm việc.

24

Clip

 Pitch:

Bước răng Cánh được

xoay hoặc làm

nghiêng một ít để giữ

cho rotor quay trong

gió không quá cao hay

quá thấp để tạo ra

điện

 Rotor: Bao gồm

các cánh quạt và

trục

26 clip

 Tower:

Trụ đỡ Nacelle Được làm bằng thép hình trụ hoặc thanh dằn bằ`ng thép Bởi vì tốc độ gió tăng lên nếu trụ càng cao, trụ đỡ cao hơn để thu được năng lượng gió nhiều hơn và phát ra điện nhiều hơn

Dùng để giữ cho rotor

luôn luôn hướng về

hướng gió chính khi có

sự thay đổi hướng gió

28

 Yaw motor: Động cơ

cung cấp cho “yaw drive” định được hướng gió

flast

2.2 Các bộ phận khác:

 Bộ trữ năng : Gồm bộ nạp hạn dòng và hệ thống Accu trữ năng

• Bộ hạn dòng (regulator): Là hệ thống điện tử hay điện cơ, có tác dụng điều khiển dòng nạp vào hệ thống Accu, tránh làm hư hỏng máy phát và Accu,

và cũng là cơ chế ổn định khi mà năng lượng gió luôn luôn thiếu sự ổn định trong thời gian dài.

• Bộ trữ năng Accu: có độ bền thấp, giá đắt và là một tác nhân gây ô nhiễm môi trường.

• Bộ trử năng( battery): Là một tổ hợp

Accu lớn hay nhỏ tùy theo mục đích

chế tạo, năng lượng dự phòng và công

năng của hệ thống máy phát điện chạy

năng lượng gió.

• Bộ chuyển năng (DC–AC converter):

Là một mạch điện tử công suất lớn,

chuyển đổi tử dòng điện một chiều ( DC

) của bộ Accu thành điện xoay chiều

công nghiệp

32

trời: làm thế nào để lưu trữ và biến đổi năng lượng này sang AC một cách thuận tiện và hợp lý nhất cho người sử dụng.

 Inverter (DC->AC) cho solar hay wind turbine đều có thể chia làm 2 dạng:

mạng lưới điện quốc gia Loại này rất phổ biến trên thế giới, thích hợp cho hệ thống công suất nhỏ và lớn vì không phải quan tâm đến vấn đề lưu trữ năng lượng Các vấn đề về kỹ thuật điều khiển liên quan đến loại inverter này là current control, MPPT, Islanding.

sẽ được nạp vào battery, hệ thống charger sẽ điều khiển điện áp của nguồn vào sao cho năng lượng sản sinh ra là cao nhất (Maximum Power Point) Sau đó inverter sẽ làm nhiệm vụ chuyển đổi từ DCAC cho người sử dụng

 Một cách đơn giản là một tuabin gió làm việc trái ngược với một máy quạt điện, thay vì sử dụng điện để tạo ra gió như quạt điện thì ngược lại tuabin gió lại sử dụng gió để tạo ra điện.

34

2.3 Nguyên lý hoạt động của các tuabin gió:

Flast clip

 Các tuabin gió hoạt động theo một nguyên lý rất đơn giản Năng lượng của gió làm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay

quanh 1 rotor Mà rotor được nối với trục chính và trục chính sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát để tạo

ra điện

 Các tuabin gió được đặt trên trụ cao để thu hầu hết năng lượng gió Ở tốc độ 30 mét trên mặt đất thì các tuabin gió

thuận lợi: Tốc độ nhanh hơn và ít bị các luồng gió bất thường

 Các tuabin gió có thể sử dụng cung cấp điện cho nhà cửa hoặc xây dựng, chúng có thể nối tới một mạng điện để

phân phối mạng điện ra rộng hơn

 Nhìn từ phía ngoài vào một xưởng năng lượng gió thấy được một nhóm các tuabin làm việc và tạo ra điện nhờ các

đường dây tiện ích như thế nào? Điện được truyền qua dây dẫn phân phối từ các nhà, các cơ sở kinh doanh, các trường học

 Các tuabin gió hiện nay được chia thành 2 loại:

 Một loại theo trục đứng giống như máy bay trực

thăng

 Một loại theo trục ngang

 Các loại tuabin gió trục ngang là loại phổ biến có

2 hay 3 cánh quạt Tuabin gió 3 cánh quạt hoạt

động theo chiều gió với bề mặt cánh quạt hướng

về chiều gió đang thổi Ngày nay tuabin gió 3

cánh quạt được sử dụng rộng rãi

36

2 4 Các kiểu tuabin gió hiện nay:

Clip

 Cánh quạt gió sẽ được truyền động trực tiếp để quay máy nén khí Động năng của gió được tích lũy vào hệ thống

nhiều bình khí nén Hệ thống hàng loạt bình khí nén này sẽ được luân phiên tuần tự phun vào các turbine để quay máy phát điện Như vậy năng lượng gió được lưu trữ và sử dụng ổn định hơn (dù gió mạnh hay gió yếu thì khí vẫn luôn được nén vào bình, và người ta sẽ dễ dàng điểu khiển cường độ và lưu lượng khí nén từ bình phun ra), hệ thống các bình khí nén sẽ được nạp khí và xả khí luân phiên để đảm bảo sự liên tục cung cấp năng lượng quay máy phát điện (khi 1 bình đang xả khí quay máy phát điện thì các bình khác sẽ đang được cánh quạt gió nạp khí nén vào)

 Nhược điểm của động cơ gió là khi tốc độ gió thay đổi, tốc độ quay của turbine cũng thay đổi theo Có thể giữ cho tốc độ quay của turbine ổn định bằng cách xoay cánh turbine, thay đổi diện tích bề mặt hứng gió của cánh Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển tốc độ quay của turbine gió bằng cách sử dụng động cơ bước để xoay cánh

 Máy phát điện gió công suất lớn đòi hỏi phải có hệ thống điều tốc tốt, đảm bảo số vòng quay của trục turbine nằm trong giới hạn quy định Hiện nay, thường dùng phương pháp xoay cánh turbine, điều chỉnh diện tích bề mặt hứng gió của cánh turbine để ổn định tốc độ

 Với máy phát điện gió công suất nhỏ, việc xoay cánh thường hay dùng phương pháp ly tâm của khối lượng quay Khi tốc độ gió thay đổi sẽ làm tốc độ quay của turbine thay đổi, lực ly tâm của vật quay cũng thay đổi

38

3.2 Tua bin có hệ thống điều tốc:

 Khác với các tuabin truyền thống,

Aerogenerator X (ở Anh) sẽ quay tròn trên

một bề mặt nằm ngang với 2 cánh quạt khổng

lồ xếp theo hình chữ V và khoảng cách giữa 2

đỉnh cánh quạt là 274,32m

3.3 Tua bin gió lớn nhất thế giới hiện nay:

clip

Clip

The End

Clip

Clip