Bài giảng: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

Lịch sử phát triển năng lượng gió 2. Các loại turbin gió 3. Công suất gió 4. Ảnh hưởng chiều cao trụ tháp 5. Hiệu suất cực đại của rotor 6. Máy phát turbin gió 7. Điều chỉnh tốc độ để đạt công suất cực đại 8. Công suất gió trung bình 9. Ước lượng năng lượng của turbin gió 10.Tính toán theo các đặc tính vận hành của turbin gió 11.Tính toán kinh tế máy phát điện dùng sức gióLịch sử phát triển năng lượng gió 2. Các loại turbin gió 3. Công suất gió 4. Ảnh hưởng chiều cao trụ tháp 5. Hiệu suất cực đại của rotor 6. Máy phát turbin gió 7. Điều chỉnh tốc độ để đạt công suất cực đại 8. Công suất gió trung bình 9. Ước lượng năng lượng của turbin gió 10.Tính toán theo các đặc tính vận hành của turbin gió 11.Tính toán kinh tế máy phát điện dùng sức gió

Trang 1

C3: NĂNG LƯỢNG GIÓ

Trang 2

Năng lượng tái tạo 2

1 Lịch sử phát triển năng lượng gió

Lịch sử phát triển năng lượng gió

Trang 3

Global Installed Wind Capacity

Global Wind Energy Council

http://www.gwec.net/fileadmin/documents/PressReleases/PR_stats_annex_table_2nd_feb_final_final.pdf

Annual Installed Wind Capacity

Trang 4

Growth in US Wind Power Capacity

With new installations of about 4000 MW in First Half 2009

Historical Change in Wind Economics, Constant 2005 Dollars

Source: National Renewable Energy Lab (NREL), Energy Analysis Office

Trang 5

Lịch sử phát triển năng lượng gió

Top 10 Countries - Installed Wind Capacity (as of the end of 2008)

Country MW Capacity % of Global Capacity

Trang 6

Installed Wind Capacity (2011)

Top 10 Countries - Installed Wind Capacity (as of the end of 2013)

Trang 7

Installed Wind Capacity (2011)

Trang 8

Trang 9

Wind Resource Atlas of SouthEast Asia

Trang 10

Worldwide Wind Resource Map

Source: www.ceoe.udel.edu/WindPower/ResourceMap/index-world.html

PTN Năng lượng xanh – GREEN POWER LAB

Trang 11

Năng lượng gió tại Việt Nam

Trang 12

2012

Trang 13

24

2 Các loại turbin gió

Trang 14

Các loại turbin gió

Trang 15

Trang 16

Các nhà cung cấp turbin gió hòa lưới

Trang 17

3 Công suất gió

Công suất gió

Trang 18

Công suất gió

Với  là tỷ trọng không khí (khối lượng riêng, kg/m3)

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên mật độ gió

Trang 19

Trang 20

Ảnh hưởng độ cao lên mật độ gió

Độ cao công trình tính từ mực nước biển

Trang 21

Ảnh hưởng độ cao lên mật độ gió

Trang 22

Độ cao công trình tính từ mực nước biển đến vị trí lắp đặt turbine

Trang 23

4 Ảnh hưởng chiều cao trụ tháp

Mỹ:

Mặt đất cứng bằng phẳng, mặt nước tĩnh lặng 0.1

Trang 24

Ảnh hưởng chiều cao trụ tháp

Châu Âu:

0 Mặt nước tĩnh lặng, mặt đất bằng phẳng 0.0002

1 Khu vực trống có ít vật cản 0.03

2 Cánh đồng cây cản gió rộng hơn 1km 0.1

3 Thị trấn, làng mạc, nông trường nhiều

Ảnh hưởng chiều cao trụ tháp

Trang 25

Tính công suất đón gió của turbine gió?

Biết tốc độ gió ngang trục turbin là 10m/s

a) Xác định công suất gió trung

Trang 26

5 Hiệu suất cực đại của rotor

Trang 27

Hiệu suất cực đại của rotor

Trang 28

Hiệu suất cực đại của rotor

e) Xác định Cp,  , và tốc độ gió vd ở phía sau turbin?

Trang 29

6 Máy phát turbin gió

Máy phát turbin gió

Trang 30

Hệ hòa lưới gián tiếp

Trang 31

Trang 32

Trang 33

Máy phát đồng bộ

Máy phát không đồng bộ

Trang 34

Máy phát không đồng bộ

Trang 35

Trang 36

Trang 37

Tầm quan trọng của việc điều khiển tốc độ rotor

7 Điều chỉnh tốc độ để đạt công suất cực đại

Trang 38

Tầm quan trọng của việc điều khiển tốc độ rotor

Thay đổi số cực của máy phát không đồng bộ

Trang 39

Hộp số đa cấp

Điều chỉnh độ trượt máy phát không đồng bộ

Trang 40

8 Công suất gió trung bình

Trang 41

Biểu đồ gió rời rạc

Biểu đồ gió rời rạc

Trang 42

Trang 43

Trang 44

Các hàm mật độ xác suất năng lượng gió

Các hàm xác suất năng lượng gió

Trang 45

Thống kê Weibull và Rayleigh

Thống kê Weibull và Rayleigh

Trang 46

Thống kê Weibull và Rayleigh

Công suất gió trung bình tính theo hàm thống kê Rayleigh

Trang 47

Tính vận tốc gió trung bình ở độ cao lắp đặt turbine?

Tính công suất đón gió trung bình của turbine gió?

Tính tổng năng lượng gió trong 1 năm?

Tính sản lượng điện năng nhận trong 1 năm? Biết hiệu suất biến

đổi gió – điện là 30%

Công suất gió trung bình tính theo hàm thống kê Rayleigh

Công suất gió trung bình tính theo hàm thống kê Rayleigh

Trang 48

Các tiêu chuẩn năng lượng gió

Các tiêu chuẩn năng lượng gió

Trang 49

Các tiêu chuẩn năng lượng gió

Trang 50

9 Ước lượng năng lượng của turbin gió

W

P

Power in the Wind

Power Extracted

by Blades

Power to Electricity Rotor Gearbox &

Generator

B

Trang 51

Tính năng lượng hàng năm theo năng suất trung bình của turbin gió

Ví dụ 6.11: Xác định năng lượng điện nhận được hàng năm của một

hệ thống điện gió:

Khảo sát hệ thống điện gió NEG 750/48 (máy phát công suất 750kW, cánh quạt có đường kính 48m) với turbine được gắn trên tháp cao 50m, trong vùng có vận tốc gió trung bình ở độ cao 10m là 5m/s Giả thiết mật độ không khí tiêu chuẩn, số liệu gió có phần bố Reyleigh, mặt đất bằng phẳng đạt cấp độ 1 (class 1), hiệu suất toàn cục của hệ thống gió-điện là 30%

a) Tính công suất gió trung bình Pwind?

b) Tính công suất phát điện trung bình Pelec?

c) Ước tính sản lượng điện năng hàng năm Welec (kWh/năm)?

d) Tính tỷ lệ công suất trung bình so với công suất định mức (CF)?

e) So sánh sản lượng điện turbine gió với nhà máy nhiệt điện?

Trang trại gió

Trang 52

Trang trại gió

Trang trại gió

Trang 53

Trang trại gió

c) Giá thuê đất 5 triệu/1000m 2 /năm Giá bán điện gió 2000đ/kWh

Với 4 turbine, nên chọn khoảng cách 4D x 4D hay 8D x 8D?

Trang trại gió

Trang 54

10 Tính toán theo các đặc tính vận hành của turbin gió

Các thông số khí động lực học

Trang 55

Đặc tính công suất của máy phát điện gió lý tưởng

Đặc tính công suất của máy phát điện gió lý tưởng

Trang 56

Tối ưu đường kính cánh quạt và công suất định mức của máy phát

a) Cùng công suất máy phát điện, nếu tăng Đường kính cánh quạt thì VR sẽ giảm

b) Cùng đường kính cánh quạt, nếu tăng Công suất máy phát điện thì VR sẽ tăng

Khảo sát đặc tính công suất thực theo phân bố Weibull

Trang 57

Trang 58

Trang 59

Hàm phân bố vận tốc gió

Hàm phân bố tích lũy vận tốc gió

Trang 60

Trang 61

Trang 62

Khảo sát đặc tính công suất thực theo phân bố Weibull

Trang 63

Trang 64

Trang 65

Trang 66

Sử dụng hệ số khả năng CF (Capacity Factor, hệ số sử dụng) để ước lượng năng lượng máy phát điện gió

𝐶𝐹 = 𝑃 𝑃𝑎𝑣𝑔 (đ𝑖ệ𝑛)

đ𝑚 (𝑚á𝑦 𝑝ℎá𝑡 đ𝑖ệ𝑛) = 𝑷𝑎𝑣𝑔 (𝑔𝑖ó).(𝑔𝑖ó−đ𝑖ệ𝑛)

𝑷đ𝑚 (𝑚á𝑦 𝑝ℎá𝑡 đ𝑖ệ𝑛)

Trang 67

Sử dụng hệ số khả năng CF (Capacity Factor) để ước lượng năng lượng máy phát điện gió

Hình 6.38: Hệ số khả năng CF của turbine gió NEGMicon 1000/60, ứng với

các giá trị vận tốc gió trung bình khác nhau, và có phân bố gió Rayleigh

Trang 68

(kW)

Trang 69

Trang 70

Tính năng lượng hàng năm theo năng suất trung bình của turbin gió

Ví dụ 6.11: Xác định năng lượng điện nhận được hàng năm của một

hệ thống điện gió:

Khảo sát hệ thống điện gió NEG 750/48 (máy phát công suất 750kW, cánh quạt có đường kính 48m) với turbine được gắn trên tháp cao 50m, trong vùng có vận tốc gió trung bình ở độ cao 10m là 5m/s Giả thiết mật độ không khí tiêu chuẩn, số liệu gió phù hợp với thống kê Reyleigh, mặt đất bằng phẳng đạt cấp độ 1 (class 1) với hiệu suất toàn cục của hệ thống gió đạt 30%

a) Tính công suất gió trung bình Pwind?

b) Tính công suất phát điện trung bình Pelec?

c) Ước tính sản lượng điện năng hàng năm Welec (kWh/năm)?

d) Tính tỷ lệ công suất trung bình so với công suất định mức (CF)?

e) Tính lại CF theo phương trình mới thiết lập?

Turbin GE 1.6-82.5 Power: -

Rated power 1,600 kW Rated wind speed 11.5 m/s Cut-in wind speed 3.5 m/s Cut-out wind speed 25.0 m/s

Rotor: -

Diameter 82.5 m Swept area 5,345.62 m2 Number of blades 3 Rotor speed 16.8 rpm

Ví dụ:

Nhà máy gió Bạc Liêu:

Lắp đặt ở độ cao 90m Tốc độ gió trung bình: 7m/s

a) Tính (gần đúng) năng lượng điện cung cấp cung cấp cho lưới hàng năm?

b) Tính công suất phát điện trung bình của mỗi máy?

c) Tính hiệu suất biến đổi gió –

Trang 71

Ví dụ thiết kế:

Ở Bạc Liêu, trên biển ở độ cao 90m, nơi có tốc độ gió trung bình 7m/s, nhiệt độ 15oC Thiết kế để lắp turbine gió có công suất định mức 1,6MW:

gió-d) Tính lại CF theo công suất gió trung bình? Nhận xét?

11 Tính toán kinh tế máy phát điện dùng sức gió

Trang 72

Tính toán kinh tế máy phát điện dùng sức gió

Trang 73

Tính toán theo chi phí đầu tư và chi phí vốn vay phải trả hàng năm

Tính toán theo chi phí đầu tư và chi phí vốn vay phải trả hàng năm

Trang 74

Tính toán theo chi phí đầu tư và chi phí vốn vay phải trả hàng năm

Xác định chi phí hàng năm của điện năng cấp từ máy phát điện gió

Trang 75

Xác định chi phí hàng năm của điện năng cấp từ máy phát điện gió

Trang 76

Xác định chi phí hàng năm của điện năng cấp từ máy phát điện gió

12 Tác động môi trường của máy phát điện gió

Trang 77

Tài liệu tham khảo

1 Gilbert M Masters, "Renewable and Efficient Electric -Power Systems" -JOHN WILEY & SONS,

2004

Trần Công Binh

GV ĐH Bách Khoa TP.HCM

Phone: 0908 468 100 Email: tcbinh@hcmut.edu.vn

binhtc@yahoo.com

Website: www4.hcmut.edu.vn/~tcbinh

Định dạng
Số trang	77
Dung lượng	6,37 MB