Năng Lượng Gió - Ứng dụng

Do đó, năng lượng gió được liệt vào một trong những dạng năng lượng hoàn nguyên sản xuất điện năng phát triển nhanh nhất trong thời gian gần đây, với tốc độ gia tăng trung bình mỗi năm l

* Khoa cơ khí - công nghệ

BÀI BÁO CÁO

Tìm hiểu về nguồn năng lượng gió

Huế 11/2014

Nhóm SV th c hi n (nhóm 4) ự ệ

-Phạm Lương Hoàn - Hoàng Phi Long

-Nguyễn Tất Bão - Lê Hoàng Minh Châu - Phan Văn Đông

-Nguyễn Danh Tiến

GV hướng dẫn: ThS Nguyễn Đăng Nhật

Tổng quát về năng lượng gióĐộng cơ gió (Tuabin gió)

Đánh giá về nguồn Năng lượng gióKết luận

N I DUNG BÀI BÁO CÁO Ộ

1 Các nguồn năng lượng sạch

1.1 Thủy điện:

- Đã xuất hiện từ hơn

70 năm về trước đây,

và đã là nguồn hy

vọng cho nhân loại

trong thời gian dài

- Các đập thủy điện

được tiếp nối xây

dựng ồ ạt

1 Các nguồn năng lượng sạch

1.2 Năng lượng nguyên tử:

- Nguồn năng lượng khổng lồ,

rẻ tiền, sạch

- Việc xây dựng và vận hành

các lò phản ứng cần phải đảm

bảo an toàn

1 Các nguồn năng lượng sạch

1.3 Năng lượng mặt trời:

- Là nguồn năng lượng tự nhiên

không gây ô nhiễm và vô cùng

dồi dào

1 Các nguồn năng lượng sạch

1.4 Năng lượng gió:

1 Các nguồn năng lượng sạch

1.5 Và còn nhiều nguồn năng

lượng sạch khác như: Năng

lượng sinh khối, Năng lượng địa

nhiệt, Năng lượng thủy triều và

năng lượng biển v v

2 Tổng quát về năng lượng gió

2.1 Tổng quan

- Năng lượng gió là một nguồn năng lượng quan trọng và có tiềm năng rất lớn Đây là dạng năng lượng sạch, phong phú và là

nguồn cung cấp năng lượng gần như vô tận Công nghệ và kỹ

thuật khai thác năng lượng gió phát triển vượt bậc trong 2 thập kỷ vừa qua, ví dụ như công suất turbin gió hiện nay lớn gấp 100 lần

so với 20 năm trước Do đó, năng lượng gió được liệt vào một

trong những dạng năng lượng hoàn nguyên sản xuất điện năng phát triển nhanh nhất trong thời gian gần đây, với tốc độ gia tăng trung bình mỗi năm là 26% Cho đến cuối năm 2003, điện gió

được phát triển tại hơn 50 quốc gia trên thế giới, với tổng công suất điện toàn cầu đạt tới 40.300 MW, trong đó Châu Âu chiếm 73% 5 quốc gia đứng đầu về sản xuất điện gió là Đức, Mỹ, Tây Ban Nha, Đan Mạch và Ấn Độ, chiếm 84% tổng công suất toàn cầu

2 Tổng quát về năng lượng gió

2.2 Khái niệm:

- Năng lượng gió là động

năng của không khí di chuyển

trong bầu khí quyển Trái Đất

Năng lượng gió là một hình

thức gián tiếp của năng lượng

mặt trời Sử dụng năng lượng

gió là một trong các cách lấy

năng lượng xa xưa nhất

2 Tổng quát về năng lượng gió2.3 Sự hình thành gió

- Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái

Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển,

nước và không khí nóng không đều nhau

Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm,

bị che khuất không nhận được bức xạ của

Mặt Trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời

ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các

cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vì

thế là khác nhau về áp suất mà không khí

giữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí

giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái

Đất di động tạo thành gió

2 Tổng quát về năng lượng gió

2.3 Sự hình thành gió

- Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi (so với mặt phẳng

do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên

cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa

- Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thắng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và

Nam bán cầu Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí

di chuyển vào một vùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ

và ra khỏi một vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ Trên Nam bán cầu thì chiều hướng ngược lại

2 Tổng quát về năng lượng gió

2.3 Sự hình thành gió

- Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên gió cũng bị ảnh

hưởng bởi địa hình tại từng địa phương Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất nóng lên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từ biển hay hồ vào đất liền Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước và hiệu ứng này xảy ra theo chiều ngược lại

2 Tổng quát về năng lượng gió

2.4 Phân loại gió:

- Nguời ta thường phân biệt 3 loại gió chính:

- Gió geostrophic (hay còn gọi là gió toàn cầu: global wind): gây ra bởi sự

chênh lệch về nhiệt độ và áp suất, thổi ở độ cao khoảng 1000 m so với mặt đất, không phụ thuộc nhiều vào bề mặt Trái Đất Đây chính là loại gió được đề cập

ở trên Loại gió này không là nguồn năng lượng cho điện gió.

- Gió bề mặt (surface wind): thổi trên mặt đất cho đến độ cao 100 m Loại gió này phụ thuộc mật thiết vào điều kiện mặt đất, địa hình (giảm vận tốc gió) Lưu

ý là hướng gió thổi gần mặt đất khác rất xa hướng gió thổi trên cao (hướng gió geostrophic) Gió bề mặt là nguồn năng lượng chính yếu cho điện gió

- Gió địa phương (gió biển, gió bờ ): gió bề mặt phụ thuộc mật thiết vào điều kiện khí hậu tại địa phương Gió địa phương hầu hết được sử dụng tại các hệ thống điện gió, đặc biệt là gió biển (sea breeze) và gió bờ (land breeze)

2 Tổng quát về năng lượng gió

2.5 Vật lý học về năng lượng gió

2 Tổng quát về năng lượng gió

2.6 Các lợi thế chính của năng lượng gió:

- Sạch, không gây ô nhiễm: năng lượng gió không thải khí và suy kiệt theo thời gian

- Tăng cường phát triển kinh tế địa phương: các nông trại gió có khả năng nâng cao thu nhập của chủ đất qua các hình thức cho thuê đất để phát triển trại gió, đưa tới việc tăng lợi tức từ thuế cho cộng đồng địa phương.

- Đa dạng về hình thức và qui mô: ứng dụng năng lượng gió gồm nhiều hình thức và qui mô từ nhỏ đến lớn, từ các trại gió tập trung đến các hệ thống phát điện gia dụng.

- Ổn định giá năng lượng: với khả năng đóng góp và đa dạng hóa năng lượng, năng lượng gió có thể góp phần giảm sự phụ thuộc vào các dạng năng lượng truyền thống (năng lượng hóa thạch) vốn thay đổi theo giá thành và khả năng cung cấp.

- Giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu, góp phần giữ vốn đầu tư nội địa

và hạn chế sự phụ thuộc vào nguồn cung cấp nguyên liệu từ nước ngoài.

3 Động cơ gió (Tuabin gió)

3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

3 Động cơ gió (Tuabin gió)

3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

3.1.1 Cấu tạo:

+ Pitch (Bước răng)

Cánh được xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho rotor quay với

tốc độ hợp lý nhất nhằm đạt hiệt suất sinh điện cao nhất Nó bảo vệ cánh quạt và rotor trong điều kiện gió quá lớn

+ Blake (Phanh đĩa)

Có thể áp dụng máy móc, điện, thủy lực để dừng rotor trong

trường hợp khẩn cấp

+ Low – speen shaft (Trục tốc độ thấp)

Rotor quay trục tốc độ thấp ở khoảng 30 đến 60 vòng trong một

phút

3 Động cơ gió (Tuabin gió)

3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

3.1.1 Cấu tạo:

+ Gear box (Hộp số)

Kết nối các trục tốc độ thấp với trục tốc độ cao và tăng tốc độ quay từ

khoảng 30-60 vòng/phút lên tới 1000-1800 vòng/phút.

+ Generator (Máy phát điện)

Thông thường, một máy phát điện cảm ứng sản xuất 60 chu kỳ AC điện.

+ Controller (Bộ điều khiển)

Khởi động máy với tốc độ gió khoảng 8-16 dặm/giờ và tắt máy lại khoảng

55 dặm/giờ Tuabin không hoạt động ở tốc độ gió ở trên khoảng 55 dặm/giờ

vì nó có thể bị hư hỏng bởi những cơn gió bão.

+ Anemometer (Máy đo gió)

Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ lệu tốc độ gió tới bộ điều khiển.

3 Động cơ gió (Tuabin gió)

3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

3.1.1 Cấu tạo:

+ Wind vane (Gió cánh)

Để xử lý hướng gió và kiên lạc với các ổ đĩa Yaw để định hướng

tuabin gió

+ Nacelle (Thùng máy bay)

Thùng máy bay nằm trên đỉnh tháp và bao gồm hộp số, trục thấp và

tốc độ cao, máy phát điện, bộ điều khiển và phanh

+ High – speen shaft (Trục quay tốc độ cao)

Ổ đĩa máy phát điện Là trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao.

3 Động cơ gió (Tuabin gió)

3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

3.1.1 Cấu tạo:

+ Yaw drive (Ổ đĩa Yaw)

Dùng để giữ cho rotor luôn luôn hướng về hướng gió chính khi có sự

thay đổi hướng gió

+ Yaw motor (Động cơ Yaw)

Động cơ cung cấp cho “Yaw drive” định hướng được gió.

+ Tower (Cột chống)

Tower được làm từ thép ống, bê tông Hoặc lưới thép Bởi vì tốc độ

gió tăng lên với chiều cao, tháp cao cho phép tuabin dễ nắm bắt năng lượng hơn và tạo ra nhiều điện

3 Động cơ gió (Tuabin gió)

3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

3.1.2 Nguyên lý hoạt động:

- Turbin luôn được định hướng về hướng gió chính

- 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

- Dòng điện sinh ra được hòa vào lưới điện hoặc nạp vào ắc quy

3 Động cơ gió (Tuabin gió)

3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

3.1.2 Nguyên lý hoạt động:

Cánh qu t ạ quay Rotor quay Tr c t c đ th p quayụấ ố ộ

H p s ộ ố

Tr c t c đ ụ ố ộ cao quay

3 Động cơ gió (Tuabin gió)

Sơ đồ cấu tạo

Click to edit Master text styles

Second level

Third level

Fourth level

Fifth level

3.2 Mô hình hệ thống điện gió

3 Động cơ gió (Tuabin gió)

3.3 Các loại Tuabin gió:

3.3.1 Các Tuabin thông dụng:

-Tuabin trục đứng

3 Động cơ gió (Tuabin gió)

3.3 Các loại Tuabin gió:

3.3.1 Các Tuabin thông dụng:

-Tuabin trục ngang

3 Động cơ gió (Tuabin gió)

3.3 Các loại Tuabin gió:

Siêu Tuabin

Đ p gió ậ3.3.2 Các loại Tuabin gió kỳ lạ

3 Động cơ gió (Tuabin gió)

turbin Thông thường tại các nông trại gió, các turbin được cách

khoảng từ 5-9 lần đường kính rotors theo phương đối diện với hướng gió, và từ khoảng cách 3-5 lần đường kính rotor theo phương vuông góc với hướng gió

- Cần tránh các vật cản như núi cao, nhà cao tầng

*Cũng có thể đặt turbin ngoài khơi để đón gió

3.4 Vị trí đặt turbin:

- Ngoài ra vị trí đặt turbin còn phụ thuộc vào một số yếu tố khác:

+Vị trí đặt trạm gió quá xa lưới điện sẽ không có giá trị kinh tế + Điều kiện nền đất phải thích hợp cho việc xây dựng nền móng của các tháp đỡ

+ Khả năng thương lượng để nhận được giấy phép khai triển

điện gió từ chính quyền địa phương, quốc gia và khu vực

3 Động cơ gió (Tuabin gió)

Độ sâu chuyển tiếp 30m-50m 50m-200mNước sâu

Các vị trí đặt Tuabin

4 Ưu – Nhược điểm

Ưu điểmMột nguồn tài nguyên sạch và có thể tái tạo hoàn toàn

Hầu như vô cùng bền vững

Một nguồn tiềm năng năng lượng toàn bộ hành tinh

Đa dạng ch ng lo i và kích c ủ ạ ỡ

Sử dụng được mọi nơiKhông có rủi ro từ phản ứng phóng xạMiễn phí và hạn chế chất thải khí độc hại

4 Ưu – Nhược điểm

Nhược điểm

Chi phí sản xuất lớnPhân bố không đồng điềuẢnh hưởng tới cảnh quang thiên nhiên

Giết hại chim chócGây tiếng ồn lớnNguồn năng lượng bất ổn định

Phát điện

6 Đánh giá về nguồn Năng lượng gió

6.1 Trên thế giới

Biểu đồ đánh giá sản lượng điện gió trên thế giới qua các năm

6 Đánh giá về nguồn Năng lượng gió

- Theo tính toán của

ta, năng lượng có thể

khai thác được từ gió

lớn hơn năng lượng

toàn bộ các dòng

sông trên trái đất từ

10 - 20 lần

6 Đánh giá về nguồn Năng lượng gió

6 Đánh giá về nguồn Năng lượng gió

- Năng l ượ ng gió đang đ ượ c coi là

lo i năng l ạ ượ ng s ch và có kh ạ ả

năng tái t o ạ

- Tuy nhiên, những cánh quạt gió lại

không thân thiện với môi trường vì phát ra

tiếng ồn và vô tình giết chết nhiều chim,

dơi khi chúng bay gần đến turbin gió.

- Hãng Sheerwind có cơ sở chính ở

Minnesota, Mỹ đã tìm cách thu điện năng

từ gió qua một thiết bị hoàn toàn mới.

- Loại turbin có tên gọi Invelox này có thể

hoạt động khi gió chỉ ở tốc độ chừng

3km/giờ Gió sẽ được hướng vào hình

dạng phễu của thiết bị rồi chuyển qua

đường ống để hoạt động cho turbin trên

mặt đất.

6 Đánh giá về nguồn Năng lượng gió

6.2Tiềm năng ở Việt Nam

- Việt Nam có một vị trí địa lý tương đối thuận lợi để khai triển điện gió, trong đó phải nhắc đến vai trò quan trọng của hệ

thống gió mùa trong khu vực

6 Đánh giá về nguồn Năng lượng gió

6.2Tiềm năng ở Việt Nam

- Việt Nam có một tiềm năng vô cùng lớn cho việc khai triển

điện gió thương mại Trong các nghiên cứu gần đây, tiềm năng điện gió qui mô lớn được đánh giá có công suất lý thuyết lên đến 120-160 GW, với phần lớn các tiềm năng khai thác nằm dọc ở khu vực bờ biển Đông-Đông Nam Bảng 6.1 tóm tắt công suất tiềm năng của các vận tốc gió khác nhau ở một số địa bàn trong

cả nước, trong đó cho thấy hầu hết tiềm năng công suất của năng lượng gió ở Việt Nam tập trung ở vận tốc gió trong khoảng 7-8 m/s (thích hợp cho việc khai triển turbin công suất lớn)

6 Đánh giá về nguồn Năng lượng gió

Đảo Côn Sơn, Qui Nhơn, Tuy Hòa, biên giới Việt- Trung, dãy Trường Sơn, Vinh

Phan Rang, dãy Trường Sơn

6.3 Định hướng phát triển điện gió của

VN trong tương lai

- Bộ Công Thương đã

trình Chính phủ xem xét và phê

duyệt Quy hoạch tổng thể Phát triển năng

lượng tái tạo, trong đó đặt mục tiêu đến năm

2020, sản lượng

điện tái tạo chiếm khoảng 5%

tổng nguồn điện Với những bước

tiến mạnh mẽ đó, trong tương lai không xa

năng lượng gió sẽ là

nguồn tài nguyên to lớn đóng góp cho sự

phát triển của đất nước

6 Đánh giá về nguồn Năng lượng gió

6 Đánh giá về nguồn Năng lượng gió

- Một số hãng phát triển điện gió và cung cấp tua bin có tên tuổi trên thế giới đã có mặt ở Việt Nam: GE, Gamesa, Nordex, Vestas

- Một số tổ chức tài chính đang và sẽ tiếp tục hỗ trợ cho phát triển điện gió tại Việt Nam:

+ Ngân hàng Thế giới (WB): Cung cấp khoản tín dụng khoảng 201,2 triệu USD cho dự án “Phát triển năng lượng tái tạo” từ năm 2009 -2014.

+ Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB): Dự kiến thời gian tới sẽ dành

khoảng 2 triệu USD hỗ trợ phát triển điện gió cho các nước: Việt Nam,

Mông Cổ, Philippin và Sri-lan-ca.

+ Ngân hàng Tái thiết Đức (KfW): Có thể hỗ trợ 1 số dự án điện gió cho EVN với mức tín dụng khoảng 35 triệu USD.

+ Qũy Dragon Capital: Sẽ đầu tư cho các dự án phát triển năng lượng sạch, trong đó có điện gió, với tổng suất tín dụng khoảng 7 triệu USD…

7.Tổng kết

- Nhằm đáp ứng mục tiêu đầy tham vọng, trong trung hạn Việt Nam cần tiếp tục khai thác các nguồn năng lượng truyền thống trong dài hạn Việt Nam cần xây dựng và phát triển chiến lược và lộ trình phát triển các

nguồn năng lượng mới

- Trong chiến lược này, chi phí kinh tế cao (bao gồm chi phí trong và chi phí ngoài xã hội) cần phải được phân tích kĩ lưỡng, có tính đến những bước phát triển mới về công nghệ, cũng như trử lượng và biến động giá của nguồn năng lượng thay thế

- Trong các nguồn năng lượng mới này năng lượng gió nổi lên như một lựa chọn xứng đáng, và vì vậy cần được đánh giá một cách đầy đủ Việt Nam có nhiều thuận lợi để phát triển năng lượng gió Việc không đầu tư nghiên cứu và phát triển điện gió sẽ là một sự lãng phí rất lớn trong khi nguy cơ thiếu điện luôn thường trực, ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng kinh tế và năng lực cạnh tranh quốc gia

7.Tổng kết

- Trong khi đó hiện nay chiến lược quốc gia về điện dường như mới chỉ quan tâm tới thủy điện lớn và điện hạt nhân-những nguồn năng lượng này có mức đầu tư ban đầu rất lớn và ẩn chứa nhiều rủi ro về cả mặt môi trường và xã hội Nếu nhìn ra thế giới thì việc phát triển điện gió đang là xu thế lớn, thể hiện ở mức tăng trưởng cao nhất so với các nguồn năng lượng khác

- Khác với điện hạt nhân vốn cần duy trì một quy trình kĩ thuật và giám sát hết sức nghiêm ngặt, việc xây lắp điện gió không đòi hỏi quy trình khắt khe đó.

- Với kinh nghiệm phát triển điện gió thành công của Ấn Độ, Trung Quốc và

Philippin, và những lợi thế về mặt địa lý của Việt Nam, chúng ta hoàn toàn có thể phát triển năng lượng điện gió để đóng góp vào sự phát triển chung của nền kinh tế

Liệu Việt Nam có thể “Đi tắt và đón đầu” trong phát triển nguồn năng lượng này

hay không, điều đó còn phụ thuộc rất nhiều vào các quyết sách ngày hôm nay.