Nghiên cứu thiết bị và công nghệ phát điện sử dụng sức gió cung cấp điện năng cho cụm dân cư vùng ven biển và hải đảo

Hiện tại Việt Nam ựã có nhiều dự án sản xuất ựiện từ gió, nhưng các dự án này ựều sử dụng công nghệ và thiết bị của nước ngoài do ựó nguồn vốn ựầu tư lớn không phù hợp với ựiều kiện kinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-


 -

BÙI THANH THẢO

NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ PHÁT ðIỆN

SỬ DỤNG SỨC GIÓ CUNG CẤP ðIỆN NĂNG CHO CỤM DÂN CƯ VÙNG VEN BIỂN VÀ HẢI ðẢO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Kỹ thuật ñiện

Mã số : 60.52.02.02

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN MẠNH HÙNG

HÀ NỘI - 2012

LỜI CAM ðOAN

Tờn tụi là: Bựi Thanh Thảo

Sinh ngày 20 thỏng 01 năm 1980

Học viờn lớp cao học khoỏ 17 - ðiện khớ húa Nụng nghiệp và Phỏt triển nụng thụn - Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội

Hiện ủang cụng tỏc tại khoa Khoa học Cơ bản - Trường Cao ủẳng nghề Cơ ủiện Tõy Bắc – Huyện Lạc Thủy, Hũa Bỡnh

Xin cam ủoan: ðề tài “Nghiên cứu thiết bị và công nghệ phát điện sử

dụng sức gió cung cấp điện năng cho cụm dân c− vùng ven biển và Hải đảo”

do thầy giỏo PGS.TS Trần Mạnh Hựng hướng dẫn là cụng trỡnh nghiờn cứu của riờng tụi Tất cả cỏc tài liệu tham khảo ủều cú nguồn gốc, xuất xứ rừ ràng Tỏc giả xin cam ủoan tất cả những nội dung trong luận văn ủỳng như nội dung trong ủề cương và yờu cầu của thầy giỏo hướng dẫn Nếu sai tụi hoàn toàn chịu trỏch nhiệm trước Hội ủồng khoa học và trước phỏp luật

Hà Nội, ngày 20 thỏng 8 năm 2012

Tỏc giả luận văn

Bựi Thanh Thảo

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian hơn 2 năm học và tập nghiên cứu tại ðại học Nông nghiệp Hà Nội, với sự giúp ñỡ ủng hộ của các thầy cô giáo, các bạn bè ñồng nghiệp, gia ñình cũng như sự nỗ lực của bản thân ñến nay tôi ñã hoàn thành bản luận văn với ñầy ñủ nội dung của ñề tài

Tuy nhiên, do còn hạn chế về kiến thức, tài liệu tham khảo và trình

ñộ ngoại ngữ, ñồng thời thời gian nghiên cứu không dài cũng như ñây là một lĩnh vực còn tương ñối mới mẻ nên ñề tài sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất ñịnh Tôi rất mong nhận ñược sự ñóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, bạn bè ñồng nghiệp và những ai quan tâm ñến vấn ñề này

ñể bản luận văn ñược hoàn chỉnh và có ý nghĩa hơn

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo, các cán

bộ giảng dạy thuộc Khoa sau ñại học, Khoa Cơ ðiện Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, và ñặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn và cảm ơn sâu sắc tới

cán bộ hướng dẫn khoa học PGS.TS Trần Mạnh Hùng ñã trang bị kiến

thức, dẫn dắt, chỉ bảo và ñộng viên tôi trong suốt thời gian qua

Hà Nội, ngày 20 tháng 8 năm 2012

Tác giả luận văn

Bùi Thanh Thảo

1.1 đôi nét về lịch sử nghiên cứu và phát triển của máy phát ựiện sức gió 5

1.1.1 Lịch sử phát triển của máy phát ựiện chạy bằng sức gió 5

1.1.2 đặc ựiểm chung của máy phát ựiện chạy bằng sức gió 8

1.1.3 Những lợi ắch khi sử dụng gió ựể sản xuất ựiện (ựiện gió) 9

1.2 Tình hình khai thác năng lượng gió trên thế giới 11

1.3 Tiềm năng năng lượng gió ở Việt Nam 13

1.4 Hiện trạng khai thác năng lượng gió 19

1.5 Các dự án ựiện gió ựang triển khai 21

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN TRIỂN KHAI

2.2 Tìm hiểu hệ thống tuabin gió 27

2.4.2 Phương pháp xác ñịnh góc cánh ñiều khiển của tuabin gió trục ñứng 40

2.5 Tìm hiểu về máy phát ñiện sử dụng năng lượng gió 43

2.5.1 Máy phát ñiện không ñồng bộ 44

2.5.2 Máy phát ñiện một chiều 45

3.1 Sơ ñồ thiết kế hệ thống tuabin gió 46

3.2 Xác ñịnh nhu cầu năng lượng của một hộ dân và của một cụm dân cư 46

3.3 Xác ñịnh vùng gió ñặt tuabin 46

3.4 Thiết kế tính toán tuabin gió công suất nhỏ 47

3.4.1 Thiết kế mô hình tubin gió 48

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Công suất ñịnh mức năng lượng gió của các nước trên thế giới

Bảng 1.3 Vận tốc gió của Việt Nam ñược ño ở ñộ cao 10 ñến 12m 16

Bảng 1.4 Số liệu tốc ñộ gió ở ñộ cao 65 m theo nguồn EVN và WB 17

Bảng 1.5 Hiện trạng khai thác năng lượng gió Việt Nam 21

Bảng 1.6 Các dự án ñiện gió ñang triển khai 22

Bảng 2.1 Góc cánh ñiều khiển ở các vị trí khác nhau 42

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Mô hình cánh gió tại Trung Mỹ, cuối TK 19 5

Hình 1.2 Mô hình cối xay gió xuất hiện sau thế kỷ 13 6

Hình 1.3 Chiếc máy bơm nước chạy bằng sức gió, những năm 1800 6

Hình 1.4 Máy phát ñiện sức gió do chariles F.Brush chế tạo 7

Hình 1.5 Công suất ñiện gió trên thế giới trong thời gian 1996-2008 12

Hình 1.6 Bản ñồ tài nguyên gió của nước ta ở ñộ cao 80m 18

Hình 1.7 Năm tổ máy của nhà máy ñiện gió ở tỉnh Bình Thuận 20

Hình 2.1 Sơ ñồ nguyên lý chung phát ñiện bằng sức gió 24

Hình 2.2 Cấu trúc tổng quát của tuabin gió trục ngang 28

Hình 2.3 Một số loại tháp ñỡ cơ bản 29

Hình 2.4 Mô hình tổng quát của tuabin gió trục ñứng 32

Hình 2.5 ðường cong biểu diễn KP 34

Hình 2.6 Các lực tác dụng lên cánh gió 35

Hình 2.7 Tác ñộng của gió lên các cánh 37

Hình 2.8 Phân tích ñộng lực học của cánh gió 41

Hình 2.9 Góc ñiều khiển của 1 cánh gió ở 10 vị trí khác nhau 43

Hình 2.10 Hai loại hệ thống phát ñiện chạy sức gió sử dụng MP KðB 44

Hình 3.1 Hình vẽ mô hình tuabin gió trục ñứng 48

Hình 3.10 Hình ảnh ñế trụ 53

Hình 3.12 Thông số và cấu tạo của LM350 54

Hình 3.13 Thông số cấu tạo của Diode 55

Hình 3.14 Cấu tạo và thông số của bộ khuyếch ñại BC547 56

Hình 3.15 Cấu tạo thông số của BD140 57

Hình 3.16 Nguyên lý của mạch nạp ắc quy 58

Hình 3.17 Mạch layout của mạch nạp ắc quy 59

Hình 3.18 Mô phỏng mạch nạp ắc quy 59

Hình 3.19 Hình ảnh 3D của mạch nạp 60

Hình 3.20 Cấu tạo và thống số Diot 1N5401 61

Hình 3.21 Cấu tạo và thông số của BC547 62

Hình 3.22 Mạch ñầu ra chạy ñộng cơ và ñèn led 63

Hình 3.23 Hình ảnh thực tế của tuabin gió thiết kế trong ñề tài 64

LỜI MỞ đẦU

1 Lý do chọn ựề tài

Năm 1973 cuộc khủng hoảng dầu lửa nghiêm trọng ựã xẩy ra Kết quả

là với việc dầu mỏ khan hiếm mà nhu cầu thì quá lớn, cuộc khủng hoảng làm tăng giá dầu thô gấp 4 lần Chắnh cuộc khủng hoảng năng lượng này ựã gây ra cuộc khủng hoảng kinh tế 1973-1975 trên quy mô toàn cầu Tiếp ựến là cuộc khủng hoảng dầu lửa năm 1979, làm cho giá dầu tăng từ 50$/thùng lên 100$/thùng Trong mấy năm gần ựây, các nhà khoa học hàng ựầu của Mỹ, Nga, Trung Quốc, Ấn độẦ ựã ựưa ra lời cảnh báo về một cuộc khoảng hoảng năng lượng trong thế kỷ 21 Như vậy, vấn ựề năng lượng ựang trở nên hết sức cấp bách, không chỉ ựe dọa ựến tăng trưởng kinh tế thế giới, mà còn ựe dọa trực tiếp hoà bình, an ninh quốc tế Nguồn năng lượng hoá thạch, món quà cực kỳ quý báu của thiên nhiên ban tặng con người ựang cạn kiệt Vậy, nguồn năng lượng nào sẽ hỗ trợ cho năng lượng hoá thạch? đó là vấn ựề mà cả cộng

ựồng quốc tế ựã và ựang tìm mọi biện pháp ựể giải quyết Trước tác ựộng sâu

sắc của cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu, nhiều quốc gia và các tổ chức liên kết khu vực ựã tắch cực nghiên cứu, triển khai các giải pháp tìm nguồn năng lượng mới Giải pháp của thế giới là ựa dạng hóa nguồn năng lượng như: Năng lượng hạt nhân, năng lượng tái sinh và năng lượng sinh học

Tỷ suất tăng trưởng của toàn thế giới về các dạng năng lượng ựiện năm 1990-2000 là: năng lượng gió: 32%; năng lượng mặt trời: 20,1%; khắ thiên nhiên: 1,6%; năng lượng nguyên tử: 0,6%; than ựá: 1% Như vậy tỷ suất tăng trưởng của năng lượng mới ựã và ựang phát triển trên phạm vi toàn thế giới Trong ựó ựiện gió có tốc ựộ tăng trưởng cao nhất

Trong những năm gần ựây, trên thế giới năng lượng gió ựã ựược sử dụng hiệu quả vượt xa cả sự mong ựợi, công suất ựiện do năng lượng gió

công nghiệp phát triển khác Nước đức ựang dẫn ựầu thế giới về công nghiệp phong ựiện với 15% ựiện năng ựược sản xuất từ gió Năng lượng gió ựược ựánh giá là thân thiện với môi trường và ắt ảnh hưởng xấu về mặt xã hội,

ưu ựiểm nổi bật của phong ựiện là không tiêu tốn nhiên liệu, không gây ô nhiễm môi trường như các nhà máy nhiệt ựiện, dễ chọn ựịa ựiểm và tiết kiệm ựất xây dựng

Việt Nam nằm trong khu vực cận nhiệt ựới gió mùa với bờ biển dài ựó

là ựiều kiện thuận lợi cơ bản cho việc phát triển phong ựiện So sánh tốc ựộ gió trung bình trong vùng Biển đông Việt Nam và các vùng biển lân cận cho thấy gió tại Biển đông khá mạnh và thay ựổi nhiều theo mùa Trong chương trình ựánh giá về Năng lượng cho Châu Á, Ngân hàng Thế giới ựã có một khảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực đông Nam Á, trong ựó có Việt Nam Theo tắnh toán của nghiên cứu này, trong bốn nước ựược khảo sát thì Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất và hơn hẳn các quốc gia lân cận là Thái Lan, Lào và Campuchia Nếu xét tiêu chuẩn ựể xây dựng các trạm ựiện gió cỡ nhỏ phục vụ cho phát triển kinh tế ở những khu vực khó khăn thì Việt Nam có ựến 41% diện tắch nông thôn có thể phát triển ựiện gió loại nhỏ đặc biệt, nước ta có bờ biển dài, có nhiều hòn ựảo lớn nhỏ, ựây là ựiều kiện thuận lợi cho sự khai thác năng lượng từ gió

Hiện tại Việt Nam ựã có nhiều dự án sản xuất ựiện từ gió, nhưng các dự

án này ựều sử dụng công nghệ và thiết bị của nước ngoài do ựó nguồn vốn ựầu tư lớn không phù hợp với ựiều kiện kinh tế của các vùng núi, ven biển và hải ựảo của nước ta Mặt khác ựể phát huy khả năng tự lực trong nước, chúng

ta cần phải nghiên cứu hoàn chỉnh thêm công nghệ cũng như làm thế nào ựể ựạt ựược năng suất chuyển ựộng năng của gió thành ựiện năng cao ựể từ ựó có thể hạ giá thành và cạnh tranh ựược với những nguồn năng lượng khác

Xuất phát từ tình hình thực tế trên và góp phần thiết thực xây dựng hệ thống phát ựiện sử dụng năng lượng gió phù hợp với ựiều kiện kinh tế còn gặp nhiều khó khăn của người dân ven biển và Hải ựảo Vì vậy nghiên cứu ựề

tài: ỘNghiến cụu thiạt bỡ vộ cềng nghỷ phịt ệiỷn sỏ dông sục giã cung cÊp

ệiỷn nẽng cho côm dẹn c− vỉng ven biÓn vộ Hời ệờoỢ vẫn là việc làm bức thiết

có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

2 Mục ựắch của ựề tài

Nghiên cứu tiếp cận kỹ thuật công nghệ sử dụng năng lượng sức gió phát ựiện cung cấp ựiện năng cho cụm dân cư vùng ven biển và hải ựảo góp phần giảm thiểu ô nhiễm, bảo vệ môi trường

Thiết kết hệ thống phát ựiện sử dụng năng lượng gió công suất nhỏ phù hợp với nhu cầu năng lượng ựiện và giá thành ựầu tư phù hợp với ựiều kiện kinh tế còn nhiều khó khăn của dân cư vùng ven biển và hải ựảo, nhất là những nơi chưa có lưới ựiện quốc gia

3 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ phát ựiện bằng sức gió phục vụ sản xuất và ựời sống trong và ngoài nước

- Nghiên cứu tiềm năng năng lượng gió và giải pháp thiết bị và công nghệ chuyển ựổi ựiện năng từ sức gió phù hợp với ựiều kiện môi trường, ựời sống và sản xuất của dân cư vùng ven biển và hải ựảo

- Thiết kế hệ thống máy phát ựiện công suất nhỏ sử dụng năng lượng gió phù hợp với tiềm năng gió của Việt Nam

- Ý nghĩa khoa học: đánh giá và dự báo ựược tình hình nghiên cứu và

sử dụng năng lượng gió trên thế giới cũng như ở Việt Nam đồng thời nêu lên vai trò của năng lượng gió trong hiện tại và trong tương lai

- Ý nghĩa thực tiễn: Tìm ra ựược giải pháp phù hợp với ựiều kiện thực

Việt Nam, tạo ñiều kiện phát triển kinh tế phù hợp với chiến lược phát triển của ñịa phương, nhất là ở những vùng hải ñảo, vùng núi mà ñiện lưới quốc gia chưa có khả năng vươn tới ñược

4 Phương pháp nghiên cứu

ðể giải quyết ñược những vấn ñề của ñề tài ñặt ra, tôi sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau ñây:

- Tổng hợp ñánh giá về các nguồn năng lượng mới và tái tạo, hiện trạng về ứng dụng năng lượng gió trên thế giới và ở Việt Nam

- Phân tích tiềm năng về nguồn năng lượng gió ở Việt Nam ñể ñưa ra biện pháp sử dụng một cách hợp lý và hiệu quả nhất

- Kết hợp nghiên cứu lý thuyết, ñiều tra khảo sát và thực nghiệm ñể xác ñịnh và lựa chọn công nghệ, các thông số kết cấu, phương pháp thiết kế máy phát ñiện sức gió

- Tính toán, thiết kế hệ thống phát ñiện sử dụng năng lượng gió công suất nhỏ gió phù hợp với ñiều kiện môi trường, ñời sống và sản xuất của dân

cư ven biển và hải ñảo, ñặc biệt là vùng chưa có ñiện lưới quốc gia

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 đôi nét về lịch sử nghiên cứu và phát triển của máy phát ựiện sức gió 1.1.1 Lịch sử phát triển của máy phát ựiện chạy bằng sức gió

Vào cuối những năm 1970, cuộc khủng hoảng về dầu mỏ ựã buộc con người phải tìm các nguồn năng lượng mới thay thế, một trong số ựó là năng lượng gió Những năm về sau, rất nhiều các chương trình nghiên cứu và phát triển năng lượng gió ựã ựược thực hiện với nguồn tài trợ của chắnh phủ, bên cạnh các dự án của nghiên cứu do cá nhân, tổ chức ựứng ra thực hiện

Lịch sử phát triển của thế giới loài người ựã chứng kiến những ứng dụng của năng lượng gió vào cuộc sống từ rất sớm Gió giúp quay các cuối xay bột, gió giúp các thiết bị bơm nước hoạt ựộng và gió thổi vào cánh buồm giúp ựưa con thuyền ựi xa Theo những tài liệu cổ còn giữ lại ựược thì bản thiết kế ựầu tiên của chiếc cối xay gió hoạt ựộng nhờ vào sức gió là khoảng thời gian những năm 500-900 sau Công nguyên tại Ba Tư (Irac ngày nay) đặc ựiểm nổi bật của thiết bị này ựó là cánh ựón gió ựược bố trắ xung quanh một trục ựứng, minh họa một mô hình cánh gió ựược lắp ựặt tại Trung Mỹ vào cuối thế kỷ 19 (Hình 1.1),

mô hình này cũng có cấu tạo cánh ựón gió quay theo trục ựứng

Muộn hơn nữa, kể từ sau thế kỉ 13, các cối xay gió xuất hiện tại châu

Âu (Tây Âu) với cấu trúc có cánh ón gió quay theo phương ngang (Hình 1.2), nhìn chung phức tạp hơn mô hình thiết kế tại Ba Tư Cải tiến cơ bản của thiết

kế này là tận dụng ñược lực nâng khí ñộng học tác dụng vào cánh gió do ñó

sẽ làm hiệu suất biến ñổi nâng lượng gió của cối xay gió thời kì này cao hơn

Hình 1.2 Mô hình cối xay gió xuất hiện sau thế kỷ 13

Trong suốt những năm tiếp theo, các thiết kế của thiết bị chạy bằng sức gió càng ngày ñược hoàn thiện và ñược sử dụng rộng rãi trong khá nhiều các lĩnh vực ứng dụng: Chế tạo các máy bơm nước, hệ thống tưới tiêu trong nông nghiệp, các thiết bị xay xát, xẻ gỗ, nhuộm vải…Cho ñến ñầu thế kỷ 19, cùng với sự xuất hiện của máy hơi nước, thiết bị chạy bằng sức gió dần dần bị thay thế Lịch sử con người ñã bước sang thời kỳ mới: Máy chạy bằng hơi nước (Hình 1.3)

Hình 1.3 Chiếc máy bơm nước chạy bằng sức gió, những năm 1800

Năm 1888, Charles F Brush ñã chế tạo chiếc máy phát ñiện chạy sức gió ñầu tiên, và ñặt tại Cleveland, Ohio (Hình 1.4) Nó có ñặc ñiểm:

- Cánh ñược ghép thành xuyến tròn, ñường kính vòng ngoài 17m;

- Sử dụng hộp số (tỉ số truyền 50:1) ghép giữa cánh tuabin với trục máy phát

- Tốc ñộ ñịnh mức của máy phát là 500 vòng/phút;

- Công suất phát ñịnh mức là 12kW

Hình 1.4 Máy phát ñiện sức gió do chariles F.Brush chế tạo

Trong những năm tiếp sau, một số mẫu thiết kế khác ñã ñược thực hiện tuy nhiên vẫn không ñem lại bước ñột phát ñáng kể Ví dụ mẫu thiết kế của Dane Poul La Cour năm 1891 Cho ñến ñầu những năm 1910, ñã có nhiều máy phát ñiện chạy bằng sức gió công suất 25kW ñược lắp ñặt tại ðan Mạch nhưng giá thành ñiện năng do chúng sản xuất ra không cạnh tranh ñược với giá thành của các nhà máy nhiệt ñiện sử dụng nhiên liệu hoá thạch Mặc dù gặp khó khăn do không có thị trường, những thế hệ máy phát ñiện chạy bằng sức gió vẫn tiếp tục ñược thiết kế và lắp ñặt

Ví dụ như các máy phát công suất từ 1 ñến 3 kW ñược lắp ñặt tại vùng nông thôn của ðồng bằng lớn của nước Mỹ, vào những năm 1925 hay máy phát Balaclava công suất 100kW lắp ñặt tại Nga năm 1931 hay máy phát Gedser công suất 200kW, lắp ñặt tại ñảo Gedser, ñông nam ðan Mạch

Sự phát triển của máy phát ñiện chạy sức gió trong thời kỳ này có ñặc

- Ít về số lượng, lắp ñặt rải rác nhưng tập trung chủ yếu ở Mỹ, các nước Tây Âu như ðan Mạch, ðức, Pháp, Anh, Hà Lan;

- Công suất máy phát thấp chủ yếu nằm ở mức vài chục kW

1.1.2 ðặc ñiểm chung của máy phát ñiện chạy bằng sức gió

Các máy phát ñiện sử dụng sức gió ñã ñược sử dụng nhiều ở các nước châu Âu, Mỹ và các nước công nghiệp phát triển khác Nước ðức ñang dẫn ñầu thế giới về công nghệ ñiện sử dụng sức gió (ñiện gió)

Tới nay ña số vẫn là các máy phát ñiện tuabin gió trục ngang, gồm một máy phát ñiện có trục quay nằm ngang, với rotor (phần quay) ở giữa, liên hệ với một tuabin 3 cánh ñón gió Máy phát ñiện ñược ñặt trên một tháp cao hình côn Trạm phát ñiện kiểu này mang dáng dấp những cối xay gió ở châu

Âu từ những thế kỷ trước, nhưng rất thanh nhã và hiện ñại

Các máy phát ñiện tuabin gió trục ñứng gồm một máy phát ñiện có trục quay thẳng ñứng, rotor nằm ngoài ñược nối với các cánh ñón gió ñặt thẳng ñứng Loại này có thể hoạt ñộng bình ñẳng với mọi hướng gió nên hiệu qủa cao hơn, lại có cấu tạo ñơn giản, các bộ phận ñều có kích thước không quá lớn nên vận chuyển và lắp ráp dễ dàng, ñộ bền cao, duy tu bảo dưỡng ñơn giản Loại này mới xuất hiện từ vài năm gần ñây nhưng ñã ñược nhiều nơi quan tâm và sử dụng

Hiện có các loại máy phát ñiện dùng sức gió với công suất rất khác nhau, từ 1 kW tới hàng chục ngàn kW Các trạm phát ñiện này có thể hoạt ñộng ñộc lập hoặc cũng có thể nối với mạng ñiện quốc gia Các trạm ñộc lập cần có một bộ nạp, bộ ắcquy và bộ ñổi ñiện Khi dùng không hết, ñiện ñược tích trữ vào ắc-quy Khi không có gió sẽ sử dụng ñiện phát ra từ ắc-quy Các trạm nối với mạng ñiện quốc gia thì không cần bộ nạp và ắc-quy

Các trạm phát ñiện dùng sức gió có thể phát ñiện khi tốc ñộ gió từ 3m/s (11 km/h), và tự ngừng phát ñiện khi tốc ñộ gió vượt quá 25 m/s (90 km/h) Tốc ñộ gió hiệu qủa từ 10 m/s tới 17 m/s, tùy theo từng loại máy phát ñiện

1.1.3 Những lợi ích khi sử dụng gió ñể sản xuất ñiện (ñiện gió)

Ưu ñiểm dễ thấy nhất của ñiện gió là không tiêu tốn nhiên liệu, tận dụng ñược nguồn năng lượng vô tận là gió, không gây ô nhiễm môi trường

như các nhà máy nhiệt ñiện, không làm thay ñổi môi trường và sinh thái như

nhà máy thủy ñiện, không có nguy cơ gây ảnh hưởng lâu dài ñến cuộc sống

của người dân xung quanh như nhà máy ñiện hạt nhân, dễ chọn ñịa ñiểm và

tiết kiệm ñất xây dựng, khác hẳn với các nhà máy thủy ñiện chỉ có thể xây

dựng gần dòng nước mạnh với những ñiều kiện ñặc biệt và cần diện tích rất

lớn cho hồ chứa nước

Các trạm ñiện gió có thể ñặt gần nơi tiêu thụ ñiện, như vậy sẽ tránh

ñược chi phí cho việc xây dựng ñường dây tải ñiện

Trước ñây, khi công nghệ phong ñiện còn ít ñược ứng dụng, việc xây

dựng một trạm ñiện gió rất tốn kém, chi phí cho thiết bị và xây lắp ñều rất ñắt

nên chỉ ñược áp dụng trong một số trường hợp thật cần thiết Ngày nay ñiện

gió ñã trở nên rất phổ biến, thiết bị ñược sản xuất hàng loạt, công nghệ lắp

ráp ñã hoàn thiện nên chi phí cho việc hoàn thành một trạm ñiện gió hiện

nay chỉ bằng 1/4 so với năm 1986

Các trạm ñiện gió có thể ñặt ở những ñịa ñiểm và vị trí khác nhau, với

những giải pháp rất linh hoạt và phong phú:

- Các trạm ñiện gió ñặt ở ven biển cho sản lượng cao hơn các trạm nội

ñịa vì bờ biển thường có gió mạnh Giải pháp này tiết kiệm ñất xây dựng, ñồng

thời việc vận chuyển các cấu kiện lớn trên biển cũng thuận lợi hơn trên bộ

- Những mỏm núi, những ñồi hoang không sử dụng ñược cho công

nghiệp, nông nghiệp cũng có thể ñặt ñược trạm phong ñiện Trường hợp này

không cần làm trụ ñỡ cao, tiết kiệm ñáng kể chi phí xây dựng

- Trên mái nhà cao tầng cũng có thể ñặt trạm ñiện gió, dùng cho các

- Ngay tại các khu chế xuất cũng cĩ thể đặt các trạm điện giĩ Nếu tận dụng khơng gian phía trên các nhà xưởng để đặt các trạm điện giĩ thì sẽ giảm tới mức thấp nhất diện tích đất xây dựng và chi phí làm đường dây điện

- ðặt một trạm điện giĩ bên cạnh các trạm bơm thủy lợi ở xa lưới điện quốc gia sẽ tránh được việc xây dựng đường dây tải điện với chi phí lớn gấp nhiều lần chi phí xây dựng một trạm điện giĩ Việc bảo quản một trạm điện giĩ cũng đơn giản hơn việc bảo vệ đường dây tải điện rất nhiều

- Một trạm điện giĩ 4 kW cĩ thể đủ điện cho một trạm kiểm lâm trong rừng sâu hoặc một ngọn hải đăng xa đất liền Một trạm 10 kW đủ cho một đồn biên phịng trên núi cao, hoặc một đơn vị hải quân nơi đảo xa Một trạm

40 kW cĩ thể đủ cho một xã vùng cao, một đồn thăm dị địa chất hay một khách sạn du lịch biệt lập, nơi đường dây chưa thể vươn tới được Một nơng trường cà phê hay cao su trên cao nguyên cĩ thể xây dựng trạm điện giĩ hàng trăm hoặc hàng ngàn kW, vừa phục vụ đời sống cơng nhân, vừa cung cấp nước tưới và dùng cho xưởng chế biến sản phẩm

Tuy nhiên khơng phải nơi nào đặt trạm điện giĩ cũng cĩ hiệu quả như nhau ðể cĩ sản lượng điện cao cần tìm đến những nơi cĩ nhiều giĩ Các vùng đất nhơ ra biển và các thung lũng sơng thường là những nơi cĩ lượng giĩ lớn Một vách núi cao cĩ thể là vật cản giĩ nhưng cũng cĩ thể lại tạo ra một nguồn giĩ mạnh thường xuyên, rất cĩ lợi cho việc khai thác điện giĩ Khi chọn địa điểm đặt trạm cĩ thể dựa vào các số liệu thống kê của cơ quan khí tượng hoặc kinh nghiệm của nhân đân địa phương, nhưng chỉ là căn cứ sơ bộ Lượng giĩ mỗi nơi cịn thay đổi theo từng địa hình cụ thể và từng thời gian Tại nơi dự định dựng trạm điện giĩ cần đặt các thiết bị đo giĩ và ghi lại tổng lượng giĩ hàng năm, từ đĩ tính ra sản lượng điện cĩ thể khai thác, tương ứng với từng thiết bị điện giĩ Việc này càng quan trọng hơn khi xây dựng các trạm cơng suất lớn hoặc các vùng điện giĩ tập trung

1.2 Tình hình khai thác năng lượng gió trên thế giới

Trong nhiều năm qua, do sự bùng nổ của công nghiệp hoá ở các nước ñang phát triển ở châu Á, châu Phi và Mỹ La-tinh, nhu cầu dầu lửa của thế giới ngày càng tăng một cách nhanh chóng Theo Bộ Năng lượng Mỹ, nhu cầu sử dụng dầu mỏ của thế giới ñến 2025 sẽ tăng thêm khoảng 35% ðể ñáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng các quốc gia ñều tập trung nghiên cứu tìm nguồn năng lượng mới

Hình 1.5, trình bày công xuất sản xuất từ ñiện gió trên thế giới trong khoảng thời gian từ 1996 ñến 2008 Theo biểu ñồ này, sự phát triển năng lượng gió trên thế giới tăng rất nhanh: Năm 2006 là 6100MW, nhưng ñến năm 2008 là 120791MW Tổng lượng công xuất sản xuất trên thế giới vào năm 2009 là 159.2 GW, với 340 TWh năng lượng, xác nhận mức tăng trưởng 31% mỗi năm, một con số khá lớn giữa lúc nền kinh tế toàn cầu ñang gặp nhiều khó khăn Theo thống kê trên thế giới, ðức, Tây Ban Nha, Hoa

Kỳ, ðan Mạch và Ấn ðộ là những quốc gia sử dụng năng lượng gió nhiều nhất trên thế giới Chẳng hạn vào năm 2009, ñiện gió chiếm 8% tổng số ñiện

sử dụng tại ðức; trong khi ñó con số này lên ñến 14% ở Ai len và 11% tại Tây Ban Nha Hoa Kỳ sản xuất nhiều ñiện gió nhất thế giới với công suất nhảy vọt từ 6 GW vào năm 2004 lên ñến 35 GW vào 2009 và ñiện gió chiếm 2.4% tộng số ñiện tiêu dùng Trung Quốc và Ấn ðộ cũng phát triển nhanh về nguồn năng lượng sạch này với 22.5 GW (Trung Quốc, 2009) và 10.9 25 GW (Ấn ðộ, 2009)

Hình 1.5 Công suất ñiện gió trên thế giới trong thời gian 1996-2008

Trong số 20 thị trường lớn nhất trên thế giới, riêng ở châu Âu ñã có 13 nước với ðức là nước dẫn ñầu về công suất của các nhà máy dùng năng lượng gió với khoảng cách xa so với các nước còn lại Tại ðức, ðan Mạch và Tây Ban Nha, năng lượng gió phát triển liên tục trong nhiều năm qua là nhờ

sự giúp ñỡ của chính phủ sở tại Nhờ vào ñó mà một ngành công nghiệp mới

ñã phát triển tại 3 quốc gia này Công nghệ ðức (bên cạnh các phát triển mới

từ ðan Mạch và Tây Ban Nha) ñã ñược sử dụng trên thị trường nhiều hơn trong những năm vừa qua

Công suất ñịnh mức của các nhà máy sản xuất ñiện gió vào năm 2007 ñược nâng lên 94.112 MW Công suất này thay ñổi dựa trên sức gió qua các năm, các nước, các vùng như chúng ta có thể thấy trong Bảng 1.1

Bảng 1.1 Công suất ñịnh mức năng lượng gió của các nước trên thế giới

Bảng 1.2 Bảng cấp gió Beaufor

Tốc ựộ gió Cấp gió

1.3.2 Chế ựộ gió ở Việt Nam

Việt Nam nằm ở khu vực gần xắch ựạo trong khoảng 80 ựến 230 vĩ Bắc thuộc khu vực nhiệt ựới gió mùa

Gió ở Việt Nam có hai mùa rõ rệt: Gió đông bắc và gió đông nam với tốc ựộ gió trung bình ở vùng ven biển từ 4,5 ựến 6 m/s (ở ựộ cao 10 ựến

tốc ựộ gió ở các nước Bắc Âu ở vĩ ựộ cao nhưng cũng ựủ lớn ựể sử dụng ựộng cơ gió có hiệu quả

Còn ở các vùng ñồng bằng tốc ñộ gió nhỏ hơn 4 m/s, do ñó việc sử dụng ñộng cơ gió khó ñem lại hiệu quả

Ở các vùng núi tốc ñộ gió còn thấp hơn trừ một vài vùng núi cao và những nơi có ñịa thế ñặc biệt tạo ra những hành lang hút gió

Một ñặc ñiểm nữa của gió ở Việt Nam là hàng năm có nhiều cơn bão mạnh kèm theo gió giật ñổ bộ vào miền Bắc và miền Trung Tốc ñộ gió cực ñại ño ñược trong các cơn bão tại Việt Nam ñạt tới 45 m/s (bão cấp 14) Vì vậy khi nghiên cứu chế tạo ñộng cơ gió ở Việt Nam phải chú ý ñến chống bão và lốc

Tiềm năng gió của Việt Nam có thể ñánh giá thông qua các số liệu về gió của Cục Khí tượng Thuỷ văn ñược cho trong bảng 1.3, số liệu tốc ñộ gió

ở ñộ cao 65 m theo nguồn EVN và WB trong bảng 1.4 và số liệu ño gió ở ñộ cao 80m như hình 1.6

Bảng 1.3 Vận tốc gió của Việt Nam ñược ño ở ñộ cao 10 ñến 12m Tên

ñịa phương

Tốc ñộ trung bình

V tb (m/s)

Hệ số ảnh năng lượng K

Mật ñộ công suất gió (W/m 2 )

Mật ñộ năng lượng năm (E = kWh/m 2 )

Bảng 1.4 Số liệu tốc ñộ gió ở ñộ cao 65 m theo nguồn EVN và WB

Hình 1.6 Bản ñồ tài nguyên gió của nước ta ở ñộ cao 80m

1.4 Hiện trạng khai thác năng lượng giĩ

Tiềm năng giĩ của Việt Nam rất lớn, vì thế việc nghiên cứu phát triển năng lượng giĩ là một cơng việc cần thiết Sự nghiên cứu triển khai năng lượng giĩ ở Việt Nam đã đi những bước đầu tiên Nhưng cơ bản sự phát triển năng lượng giĩ trong nước cịn nhỏ lẻ, cịn khá khiêm tốn so với tiềm năng to lớn của Việt Nam Hiện tại Việt Nam cĩ tất cả 20 dự án điện giĩ với dự kiến sản xụất 20 GW Nguồn điện giĩ này sẽ kết nối với hệ thống điện lưới quốc gia và sẽ được phân phối và quản lý bởi Tổng Cơng Ty ðiện Lực Việt Nam Trong thời gian qua (tháng 4 năm 2004), Việt Nam đã lắp đặt trạm năng lượng giĩ cơng suất 858KW trên đảo Bạch Long Vĩ do chính phù tài trợ và các tổ máy được chế tạo bởi hãng Technology SA (Tây Ban Nha) Ngồi ra Trung Tâm Năng Lượng Tái Tạo và Thiết Bị Nhiệt (RECTARE) ðại học Bách Khoa tp Hồ Chí Minh đã lắp đặt trên 800 tuốc bin giĩ trong hơn 40 tỉnh thành với sự tài trợ của Hiệp hội Việt Nam – Thụy Sĩ tập trung nhiều nhất gần Nha Trang, trong đĩ cĩ gần 140 tuốc bin giĩ đã hoạt động Ở Cần Giờ thành phố Hồ Chí Minh với sự hỗ trợ của Pháp cũng đã lắp đặt được 50 tuốc bin giĩ Tuy nhiên những tuốc bin giĩ trên đều cĩ cơng suất nhỏ khoảng vài

KW mức độ thành cơng khơng cao vì khơng được bảo dưỡng thường xuyên theo đúng yêu cầu

Tháng 8-2008 Fuhrlaender AG, một tập đồn sản xuất tuốc bin giĩ hàng đầu của ðức đã bàn giao 5 tổ máy (cánh quạt giĩ) sản xuất điện giĩ đầu tiên cho dự án điện giĩ tại Tuy Phong, Bình Thuận với mỗi tổ máy cĩ cơng suất 1.5MW (cũng xin ghi nhận nơi đây thời tiết ở Tuy Phong rất khơ khan, nhưng cĩ nhiều nắng và giĩ Tốc độ giĩ trung bình ở đây là 6.7 m/s) Tổ máy đầu tiên được lắp đặt vào tháng 11-2008 và chính thức hồn thành kết nối vào điện lưới quốc gia vào tháng 8 năm 2009 (xem Hình 1.7) Năm tổ máy của

Hình 1.7 Năm tổ máy của nhà máy ñiện gió ở tỉnh Bình Thuận

Toàn bộ thiết bị của 15 tổ máy còn lại của giai ñoạn 1 sẽ ñược hoàn thành trong thời gian sắp tới ñể hoàn tất việc lắp ñặt toàn bộ 20 tổ máy cho giai ñoạn 1 Tổng công suất của nhà máy ñiện gió tại Bình Thuận trong giai ñoạn này là 30MW do Công Ty Cổ Phần Năng lượng Tái tạo Việt Nam (REVN) làm chủ ñầu tư Thời gian hoạt ñộng của dự án là 49 năm Nhà máy ñược xây dựng trên diện tích 328ha Theo kế hoạch giai ñoạn 2 sẽ mở rộng sau ñó với công suất lên 120MW

Tháng 10-2008 tại Hà Nội ñã diễn ra lễ ký kết giữa Tổng Công Ty ðiện Lực Dầu Khí Việt Nam (PV Power) thuộc Tập ðoàn Dầu Khí Việt Nam

và Tập ðoàn Luyện Kim của Argentina Industrias Metallurgica Pescamona S.A.I.yF (IMPSA) thỏa thuận chi tiết về việc sản suất và phát triển các dự án ñiện gió và thủy ñiện tại Việt Nam Hai bên ñã ñồng ý góp vốn ñể kinh doanh

và thương mại hóa tuốc bin gió, phát triển và quản lý các dự án ñiện gió, cung cấp các dịch vụ bảo trì, sửa chữa các thiết bị ñiện gió ở Việt Nam Hai bên cũng ñã kí thỏa thuận hợp tác triển khai nhà máy ñiện gió công suất 1

GW trên diện tích 10.000 ha nằm cách xã Hòa Thắng huyện Bắc Bình tỉnh

Bình Thuận khoảng 6 km về hướng ñông bắc Nhà máy sẽ ñược lắp ñặt tuốc bin gió IMPESA Unipower IWP –Class II công suất 2,1MW các tổ máy gồm nhiều tuốc bin gió cho phép sản xuất 5,5GWh/năm Dự kiến tổng vốn ñầu tư cho dự án

là 2,35 tỷ USD trong 5 năm Hai bên cũng thỏa thuẩn về dự án sản suất tuốc bin gió công suất 2MW có sải cánh quạt dài 80m cho Việt Nam Tổng hợp hiện trạng khai thác năng lượng gió Việt Nam ñược thống kê trong bảng 1.5

Bảng 1.5 Hiện trạng khai thác năng lượng gió Việt Nam

Tuabin gió loại lớn

cho hải ñảo

Tuabin gió nối lưới 1.500.000 12 5 tuabin

2009, 7 tuabin 2011

Tuy phong Bình Thuận

1.5 Các dự án ñiện gió ñang triển khai

Ngoài nhà máy ñiện gió của công ty ReVN tại tỉnh Bình Thuận với 20 tuabin ñã ñược lắp ñặt thành công trong ñó 12 tuabin ñã ñưa vào vận hành, còn rất nhiều dự án ñiện gió khác ñang triển khai ở những giai ñoạn khác nhau Tại Ninh Thuận Hiện ñang có 9 nhà ñầu tư cả trong nước và ngoài nước, ñã ký kết triển khai hơn 1.000MW ñiện gió Tại Bình Thuận, tình hình

Bảng 1.6 Các dự án ñiện gió ñang triển khai

Tình trạng

Tỉnh

Số lượng nhà ñầu tư

Số

dự

án

P lắp ñặt (MW) IR IP TD UC IO

Nguồn PECC3 (Công ty cổ phần tư vấn và xây dựng ñiện 3)

Hiện trạng: IR=Báo cáo ñầu tư, IP=Dự án ñầu tư, TD=Thiết kế kỹ thuật, UC=ðang xây dựng, IO=ðang vận hành

Tổng cộng có 42 dự án gió với tổng công suất 3.906 MW ñang ñược triển khai ở những giai ñoạn khác nhau Quy mô trung bình của dự án là 95MW với số lượng từ 50 ñến 100MW chiếm tỷ lệ lớn nhất 38%, sau ñó là các dự án với công suất hơn 100MW chiếm 26% Một phần ba số lượng dự

án có sự tham gia của các nhà ñầu tư nước ngoài với tổng công suất lắp ñặt là 1.366MW

Tuy nhiên, ngoài dự án của công ty REVN ñã ñược ñưa vào vận hành và

là một trường hợp ñặc biệt, tất cả các dự án khác ñều ñang ở giai ñoạn lập kế hoạch chờ chính sách hỗ trợ cụ thể từ chính phủ Hiện nay, mức giá khoảng 4UScent/KWh mà EVN trả cho ñiện gió là không ñủ ñể các nhà ñầu tư thực hiện dự án

năng gió và ñiều kiện kinh tế của Việt Nam, ñể chuyển ñổi năng lượng gió thành ñiện năng với hiệu suất cao và giá thành rẻ

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN TRIỂN KHAI ðỀ TÀI

2.1 Nguyên lý chung phát ñiện bằng sức gió

Một hệ thống tuốc bin gió, biến ñổi năng lượng gió thổi thành năng lượng ñiện Vì nguồn gió có sự biến ñộng, không ñược lưu trữ, hoạt ñộng của một tuốc bin gió phải ñược thực hiện theo chức năng này (Hình vẽ 2.1)

Hình 2.1 Sơ ñồ nguyên lý chung phát ñiện bằng sức gió

2.2 Gió và năng lượng của gió

Gió là một quá trình vật lý rất phức tạp, vì vậy chỉ có thể dự báo sự biến ñổi với xác suất nhất ñịnh ðặc tính quan trọng nhất ñánh giá ñộng năng của gió là vận tốc Dưới ảnh hưởng của một loạt các yếu tố khí tượng (sự nhiễu loạn khí quyển, sự thay ñổi tác ñộng của mặt trời và lượng năng lượng nhiệt truyền tới mặt ñất ), ñồng thời các ñiều kiện ñịa hình tại chỗ, tốc ñộ gió thay ñổi cả về giá trị và hướng

Vận tốc gió có tác ñộng ñáng kể tới ñộng cơ gió và ảnh hưởng tới hệ thống ñiều chỉnh tự ñộng, 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 ñộng cơ gió Vận tốc gió trung bình theo thời gian xác ñịnh bằng tỷ số của tổng các giá trị vận tốc

Năng lượng gió

Hệ thống ñiều khiển

Năng ñiện Năng lượng cơ khí

gió tức thời ño ñược với số lần ño trong khoảng thời gian ño

n

V V

∫

=

t

dt t V V

vĩ mô và vi mô của vùng xung quanh, mức ñộ che khuất của trạm khí tượng ðiều ñó cần chú ý khi tính chuyển ñổi vận tốc gió ñối với mỗi vùng cụ thể, thậm chí khi nó nằm gần trạm khí tượng

Vận tốc gió trung bình thay ñổi ñáng 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 ñặc trưng cho xu hướng chung thay ñổi vận tốc trong các chu kỳ thời gian kể trên

Mạch ñộng vận tốc gió và năng lượng dòng khí gây nên bởi ñặc tính hình thành cấu trúc của gió các ñặc ñiểm ñịa phương và ảnh hưởng của các ñiều kiện cảnh quan và ñịa hình Nó có ý nghĩa rất quan trọng vì nó thường là nguyên nhân gây hư hỏng tổ máy ðặc tính mạch ñộng vận tốc gió ñược ñánh giá bởi gia tốc dòng khí, ñộ kéo dài của cơn gió và sự trùng hợp của các cơn gió ở những ñiểm khác nhau của bề mặt chứa bánh

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 ñược xác ñịnh trong khoảng thời gian không dưới 2 phút

Cường ñộ giật càng giảm nhiều khi diện tích tiết diện càng lớn Diễn biến tốc ñộ gió theo ngày ở các ñiểm nằm khác nhau vài km, thậm chí vận tốc gió trung bình theo giờ cũng rất khác nhau Cường ñộ gió giật trung bình trong khoảng thời gian T có thể ñánh giá bằng biểu thức:

Hướng gió thường ñóng vai trò ít quan trọng hơn khi sử dụng năng lượng gió Tuy nhiên trong những ñiều kiện cảnh quan khác nhau, gió với các hướng khác nhau có các ñặc ñiểm ñặc trưng: Vận tốc và gió giật lớn hơn hoặc nhỏ hơn Gradien vận tốc theo góc có ảnh hưởng ñáng kể tới sự làm việc của các

cơ cấu ñiều chỉnh hường tự ñộng và trọng lượng con quay Gió giật gây lên bởi cấu trúc rối của dòng chảy ảnh hưởng tới sự làm việc của các hệ thống ñiều chỉnh tự ñộng tần số quay và giới hạn công suất của bánh công tác gió

và ñồng thời ảnh hưởng tới sự ổn ñịnh của hệ thống Năng lượng E của dòng

khí có tiết diện ngang với diện tích F ñược xác ñịnh theo biểu thức:

Như vậy, năng lượng gió thay ñổi tỷ lệ bậc ba với vận tốc Bánh công tác gió có thể biến ñổi một phần năng lượng này thành năng lượng hữu ích và ñược ñánh giá bằng hệ số sử dụng năng lượng gió (NLG)

đặc trưng của NLG là tập hợp các dự liệu cần thiết và ựủ ựộ tin cậy ựặc 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 ựặc trưng cho chế ựộ gió ở các vùng khác nhau, trên cơ sở ựó có thể tắnh toán các chế ựộ và thời gian làm việc của tổ máy với công suất này hoặc khác, và năng lượng tổng cộng có thể khai thác ựược

đặc tắnh ựặc trưng quan trọng nhất là mật ựộ phân bố các vận tốc gió khác nhau, diễn biến các chu kỳ làm việc và sự lặng gió, các chế ựộ vận tốc cực ựại (bão) Các giá trị vận tốc gió trung bình năm và trung bình mùa cũng

là những ựặc trưng quan trọng, thuận lơi ựể ựánh giá tiềm năng NLG

đặc tắnh quan trọng hơn cần phải kể ựến là hàm quy luật thống kê tần

ựịnh và thông số của hàm này và khi có các ựặc tắnh của các tổ máy NLG, có thể ựánh giá ựược năng lượng sản ra, thời gian dừng làm việc, hệ số sử dụng, công suất lắp ựặt, hiệu quả kinh tế

2.2 Tìm hiểu hệ thống tuabin gió

Tuabin gió là thiết bị biến ựổi ựộng năng của gió thành cơ năng, từ cơ năng có thể biến ựổi thành ựiện năng nhờ máy phát ựiện- Máy phát ựiện dùng sức gió Tuabin gió có nhiều loại khác nhau nhưng chủ yếu ựược chia làm hai nhóm chắnh phụ thuộc vào cánh ựón gió của nó: Tuabin gió trục ngang và tuabin gió trục ựứng Sau ựây ựề tài sẽ nghiên cứu từng loại tuabin, từ ựó lựa chọn tuabin phù hợp với mục ựắch của ựề tài

2.2.1 Tuabin gió trục ngang

Hầu hết tuabin ngày nay ựược chế tạo hướng gió trục ngang với 2 hoặc

3 cánh, cánh thường làm bằng vật liệu composite như sợi thủy tinh

Lượng ựiện ựược tạo ra tùy thuộc vào ựường kắnh của rotor Khung

Hình 2.2 Cấu trúc tổng quát của tuabin gió trục ngang

2.2.1.1 Tháp ñỡ

Vì tốc ñộ gió tăng ở trên cao, nên tuabin ñược gắn trên tháp cao giúp cho tuabin sản xuất ñược nhiều ñiện Tháp cũng ñưa tuabin lên cao trên các luồng xoáy không khí có thể có gần mặt ñất do các vật cản trở không khí như ñồi núi, nhà, cây cối Một nguyên tắc chung là lắp ñặt một tuabin gió trên tháp với ñáy của cánh rotor cách các vật cản trở tối thiểu 9m, nằm trong phạm vi ñường kính khoảng 90m của tháp Số tiền ñầu tư tương ñối ít trong việc tăng chiều cao của tháp có thế ñem lại lợi ích lớn trong sản suất ñiện Ví

dụ, ñể tăng chiều cao tháp từ 18m lên 33m cho máy phát 10kW sẽ tăng tổng chi phí cho hệ thống 10%, nhưng có thể tăng lượng ñiện sản xuất 29%

Có 2 loại tháp cơ bản: loại tự ñứng và loại giăng cáp Hầu hết hệ thống ñiện gió cho hộ gia ñình thường sử dụng loại giăng cáp Tháp loại giăng cáp

có giá rẻ hơn, có thể bao gồm các phầngiàn khung, ống (ống lớn hoặc nhỏ tùy thiết kế) và cáp Các hệ thống treo dễ lắp ñặt hơn hệ thống tự ñứng Tuy nhiên do bán kính treo phải bằng 1/2 hoặc 3/4 chiều cao tháp, nên hệ thống treo cần ñủ chỗ trống ñểlắp ñặt Mặc dù loại tháp có thể nghiêng xuống ñược

có giá thành cao hơn, nhưng chúng giúp cho khách hàng dễ bảo trì trong trường hợp các tuabin nhẹ, thường là 5kW hoặc nhỏ hơn

Hình 2.3 Một số loại tháp ñỡ cơ bản

Không khuyến khích gắn tuabin trên nóc mái nhà Tất cả các tuabin ñều rung và chuyển lực rung ñến kết cấu mà tuabin gắn vào ðiều này có thể tạo ra tiếng ồn và ảnh hưởng ñến kết cấu nhà và mái nhà có thể tạo ra luồng xoáy lớn làm ảnh hưởng ñến tuổi thọ của tuabin

2.2.1.2 Bộ ñiều khiển acquy

Bộ phận này có nhiệm vụ chính là nạp ñiện cho hệ thống bình ắc quy

và kiểm soát tình trạng quá tải khi hệ thống bình ắc quy ñầy Nếu trường hợp quá tải xẩy ra, bộ ñiều khiển này tự ñộng chuyển lượng ñiện năng thừa này sang bộ phận xả ñiện

2.2.1.3 Bộ phận xả ñiện

Bộ phận này có nhiệm vụ tiêu thụ lượng ñiện năng thừa từ bộ ñiều khiển sạc bình ắc quy Nó thực chất là một thiết bị ñiện trở ñốt nóng trong không khí hay ñun sôi nước

2.2.1.4 Hệ thống bình acquy

Gồm nhiều bình ắc quy khô nối tiếp nhau dùng ñể dự trử nguồn ñiện 1 chiều Mổi khi tuabin gió không hoạt ñộng hay hoạt ñộng yếu, hệ thống này