Đề Thi Môn Năng Lượng Tái Tạo Đại Học Bách Khoa

Cho 1 tấm pin mặt trời có 72 tế bào ghép nối tiếp, 1,26m2, có thông số ở điều kiện tiêu chuẩn (STC: 1 kWm2, 25 C, AM1,5) như sau: Công suất cực đại (Pmax) 175 W Điện áp ở Pmax (Vmpp) 35,7 V Dòng điện ở Pmax (Impp) 4,9 A Dòng điện ngắn mạch (Isc) 5,4 A Điện áp hở mạch (Voc) 44 V Hệ số nhiệt của Isc 0,065 % oC Hệ số nhiệt của Voc 160 mVoC Hệ số nhiệt của Pmax 0,5 % oC NOCT 47 C Tấm pin trên được lắp đặt ở khu vực có số giờ nắng đỉnh trung bình là 5 giờngày, nhiệt độ trung bình ngoài trời là 27oC. Lúc giữa trưa, độ rọi trực diện lên mặt trời là 1sun (1kWm2), nhiệt độ môi trường là 27oC: a) Tính nhiệt độ, điện áp hở mạch, dòng điện ngắn mạch, công suất cực đại của tấm pin? (1 đ) b) Tính điện năng (kWh) mà tấm pin có thể thu được trong một ngày, và trong một năm? (1 đ) Loại pin trên được sử dụng cho một hệ điện mặt trời độc lập của một gia đình tiêu thụ 5 kWhđêm từ 18:00 đến 23:00, dùng điện áp 220Vac. Biết inverter có hiệu suất trung bình 85%, bộ sạc có hiệu suất trung bình 95%, acquy có hiệu suất năng lượng 75%, hiệu cuất Coulomb 90%. c) Tính chọn mức điện áp DC và dung lượng acquy để tích điện đủ dùng cho 1 đêm? (1 đ) d) Tính công suất, số lượng tấm pin mặt trời, cách ghép nối và diện tích lắp đặt? (1 đ) Câu 2. Trên cánh đồng lúa ở cao độ 100m so với mặt biển, khi khảo sát năng lượng gió ở độ cao 65m so với mặt đất, tốc độ gió trung bình là 6,9ms, phân bố theo hàm Reyleigh. Tại vị trí này lắp đặt một turbine gió có đường kính cánh quạt 77m, ở độ cao 85m so với mặt đất, máy phát điện 1,5MW. Khi nhiệt độ môi trường là 30oC: a) Tính tỷ trọng không khí và tốc độ gió trung bình ở độ cao lắp turbine? Tính công suất đón gió trung bình của turbine? (1,5 đ) b) Biết turbine có vận tốc gió vào là 4ms, vận tốc cắt thoát là 22ms. Tính tổng thời gian mà turbine không phát điện phát điện trong 1 năm do vận tốc gió quá thấp hoặc quá cao? (1,5 đ) c) Tính hệ số khả năng CF? Tính điện năng turbine gió phát lên lưới điện trong một năm?(1,5 đ) d) Nếu phải thay mới máy phát điện, đề nghị chọn lại số khả năng CF và công suất máy phát điện? Tính lại điện năng turbine gió phát lên lưới điện trong một năm? (1,5 đ) Câu 3. Cho một bộ pin nhiên liệu gồm 5 tế bào ghép nối tiếp, dùng nhiên liệu khí hydro phản ứng với oxy tạo thành nước ở thể lỏng ở điều kiện tiêu chuẩn (1 atm, 25oC). Cho biết lưu lượng khí hydro cung cấp cho pin nhiêu liệu là 100 lítgiờ. Giả sử khí hydro được hấp thu để chuyển đổi giải phóng electron hoàn toàn. a) Tính dòng điện, và công suất lý thuyết cực đại của bộ pin? (1 đ) b) Giả sử hiệu suất thực của bộ pin chỉ bằng 60% hiệu suất lý thuyết: i. Tính công suất và điện áp thực của bộ pin? (1 đ) ii. Tính lượng điện năng (kWh) được tạo ra từ 1 kg hydro? (1 đ) CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttNgười ra đề . Trần Công Binh CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttĐáp án: Câu 1. a) Tcell_a = 62.500000 oC a) Voc_a = 35.056250 V a) Isc_a = 9.855650 A a) Pm_a = 232.750000 W b) E_1ngay = 1.047375 kWhngay b) E_1nam = 382.291875 kWhnam c) n_c = 10.491955 tam==> chon 11 tam pin c) A_c = 18.700000 m2 d) Pm_d = 3.080000 W d) Voc_d = 434.500000 V d) Isc_d = 9.710000 A Câu 2. Kieu My: alfa=0.1: Smooth hard ground, calm water__________ a) Vavg_85 = 6.882169 ms b) ro = 1.151461 kgm3 c) Pavg = 1.669045 MW d) CF = 0.345755 d) E = 4.543220 GWh Câu 3. a) HHV = 726.400000 kJmol = 22700.000000 kJkg a) Eff_max = 0.966565 % b) Pmax = 6.097222 kW c) Wer = 3.658333 kWhkg Đáp án: a) Tính hiệu suất lý thuyết cực đại của pin nhiên liệu trên? Giả sử hiệu suất thực của pin bằng 50% hiệu suất lý thuyết, tính lượng điện năng được tạo ra từ 1 kg hydro? (1đ) H2 (khí) + ½ O2 (khí) H2O (lỏng) Ho 0 ½.0 285,8 kJmol So 0,13 ½.0,205 0,0699 kJmolK Go 0 ½.0 237,2 kJmol H = 285,8 kJmol HHV=| H| =285,8 kJmol hydro =285,8 kJ2g hydro =142 900 kJkg hydro. S = 0,13 + ½.0,205 – 0,0699 = 0,1626 kJmolK Qmin = T. S = (273,15+25) 0,1626 = 48,4792 kJmol hydro = 24240 kJkg hydro. Tính hiệu suất lý thuyết cực đại: Cách 1: max = 1 Qmin HHV = 1 48,4792 285,8 = 0,83 = 83% Cách 2: G = 237,2 kJmol hydro. max = G H = 237,2 285,8 = 0,8300 = 83% Hiệu suất lý thuyết cực đại là 83%. We = | G| = HHV – Qmin = 237,2 kJmol hydro. Hiệu suất thực của pin sẽ là r = 0,5 0,83 = 0,415 Vậy Wer = 0,5 | G| = 0,5 237,2 kJmol = 118,6 kJmol hydro = 118,6 (kW.s)(2g hydro) Hay Lượng điện năng được tạo ra từ 1 kg hydro là 16,47 kWh. CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttb) Cho biết pin nhiêu liệu tiêu thụ 2 lit khí hydro trong một giờ. Tính dòng điện, công suất lý thuyết cực đại? (1đ) Dòng điện: Công suất lý thuyết: c) Giả sử hiệu suất thực của pin ở câu c bằng 60% hiệu suất lý thuyết, khí hydro được chuyển đổi giải phóng electron hoàn toàn, tính công suất và điện áp thực của pin. Giả sử mật độ dòng điện qua màng lọc của mỗi tế bào là 0,45Acm2. Tính diện tích màng lọc của pin? (1đ) Công suất thực: Khí hydro được chuyển đổi giải phóng electron hoàn toàn nên dòng điện qua pin không thay đổi: I= Điện áp thực: Diện tích màn lọc: Câu 1. % Lop NLTT 2014_KCQ, thi HK % Cau 1 % Matlab tinh goc theo rad clc clear all do_rad=pi180 rad_do=180pi Tamb= 30 % nhiet do moi truong, oC S = 1 % sun % PV panel ncell=60 % cells A=1.7 % m2 Pm=280 % W Vm=31.2 % V Im=9.07 % A Voc=39.5 % V Isc=9.71 % A NOCT=46 % oC TCIsc=0.04 % % TCVoc=0.30 % % TCPm=0.45 % % hd = 4.5 % 4,5 gio nang dinh ngay S = 1 % 1 sun = 1kWm2 HS = 0.90 % Hieu suat Ett = 10000 % Nang luong tieu thu 10kWhngay disp(Cau a_________________) Tcell=Tamb+(NOCT20)0.8S Voc_a=Voc(1+TCVoc100(Tcell25)) Isc_a=Isc(1+TCIsc100(Tcell25)) Pm_a=Pm(1+TCPm100(Tcell25)) disp(Cau b_________________) E_1ngay=Pm_ahd E_1nam=E_1ngay365 % 365 ngaynam disp(Cau c_________________) E_1ngay_c=E_1ngayHS % nang luong tu 1 tam pinngay n_c=Ett E_1ngay_c n_c1=ceil(n_c) A_c=n_c1A disp(Cau d_________________) Pm_d=Pmn_c1 Voc_d=Vocn_c1 % Mac noi tiep Isc_d=Isc % Mac noi tiep disp(Ket qua _______________________) TEXT = sprintf(a) Tcell_a = %f oC, Tcell); disp(TEXT) TEXT = sprintf(a) Voc_a = %f V, Voc_a); disp(TEXT) TEXT = sprintf(a) Isc_a = %f A, Isc_a); disp(TEXT) TEXT = sprintf(a) Pm_a = %f W, Pm_a); disp(TEXT) TEXT = sprintf(b) E_1ngay = %f kWhngay, E_1ngay1000); disp(TEXT) TEXT = sprintf(b) E_1nam = %f kWhnam, E_1nam1000); disp(TEXT) TEXT = sprintf(c) n_c = %f pin==> chon %f tam pin, n_c, n_c1); disp(TEXT) TEXT = sprintf(c) A_c = %f m2, A_c); disp(TEXT) TEXT = sprintf(d) Pm_d = %f kW, Pm_d1000); disp(TEXT) TEXT = sprintf(d) Voc_d = %f V, Voc_d); disp(TEXT) TEXT = sprintf(d) Isc_d = %f A, Isc_d); disp(TEXT) Câu 2. % Lop NLTT 2014KCQ % Cau 2_NL Gio % Matlab tinh goc theo rad clc CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttclear all H=15 % Cao do mat bang lap dat 15m H0=65 % Cao do khao sat Vavg_65=6.7 % ms H1=85 % Cao do lap dat D=77 % Duong kinh Pr=1.5e6 % 1.5MW Tabm=30 % oC R=8.2056e5 % m3.atm(K.mol) T=273+Tabm % oK MW=28.97 % air=28.97gmol Po=1 % atm disp(Kieu My ____________________________) % Cau a alfa1=0.1 % Mat dat bang phang Vavg_85 = Vavg_65(H1H0)alfa1 % Cau b % Cach 1 P=Poexp(1.185e4(H+H1)) ro=PMW1e3RT % Cach 2 %KT=0.95 % Nhiet do 30oC %KA=(1+0.977)2 % Do cao 15+85 = 100m %ro=1.225KTKA % Cau c A=piD24 Pavg=6pi12roAVavg_853 % Cau d CF=0.087Vavg_85(Pr1000)(D2) E=PrCF8760 disp(Ket qua ________________) disp(Kieu My: alfa=0.1: Smooth hard ground, calm water__________) TEXT = sprintf(a) Vavg_85 = %f ms, Vavg_85); disp(TEXT) TEXT = sprintf(b) ro = %f kgm3, ro); disp(TEXT) TEXT = sprintf(c) Pavg = %f MW, Pavg1e6); disp(TEXT) TEXT = sprintf(d) CF = %f , CF); disp(TEXT) TEXT = sprintf(d) E = %f GWh, E1e9); disp(TEXT) Câu 3. % Lop NLTT 2014KCQ, thi HK % Cau 3_Fuel cell % Matlab tinh goc theo rad clc clear all T=273+25 %oK disp(___________________ Cau a) %CH3OH + 32O2 > CO2 + 2H2O (long) %238.7 320 393.5 2(285.8) delta_H = 2(285.8) + (393.5) + 238.7 320 %kJmol CH3OH HHV_mol=abs(delta_H) MW = 12 + 4 + 16 %g HHV_kg=HHV_molMW1000 %kJkg % Cach 1 %CH3OH + 32O2 > CO2 + 2H2O (long) %0.1268 320.205 0.213 20.0699 delta_S=0.1268+320.2050.21320.0699 %kJmolK Qmin=Tdelta_S %kJmol H=HHV_mol Eff_max =1QminH % Cach 2 %CH3OH + 32O2 > CO2 + 2H2O (long) %166.4 320 394.4 2(237.2) delta_G=394.4+2(237.2) + 166.4 320 %kJmol We=HQmin %kJmol We=abs(delta_G) %kJmol Eff_max2=WeH disp(___________________ Cau b) P_max=We1000MW13600 %kW disp(___________________ Cau c) % Cach 1 We_c = 0.6 We %kJmol Wer = We_c36001000MW %kWhkg % Cach 2 Wer2 = 0.6 P_max 1 %kWhkg disp(Ket qua ___________________) TEXT = sprintf(a) HHV = %f kJmol = %f kJkg, HHV_mol, HHV_kg); disp(TEXT) TEXT = sprintf(a) Eff_max = %f %%, Eff_max); disp(TEXT) TEXT = sprintf(a) Eff_max2 = %f %%, Eff_max2); disp(TEXT) TEXT = sprintf(b) Pmax = %f kW, P_max); disp(TEXT) TEXT = sprintf(c) Wer = %f kWhkg, Wer); disp(TEXT) TEXT = sprintf(c) Wer2 = %f kWhkg, Wer2); disp(TEXT) CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucntt14 ĐỀ THI Năng Lượng Tái Tạo (Lớp DD2012KSKT) 24.12.2015 Thời gian 90 phút. SV được phép sử dụng tài liệu. Sinh viên giải câu 1c và 1d trực tiếp lên đề thi và nộp kèm với bài làm. Họ và tên MSSV PHẦN 1 BẮT BUỘC: Câu 1. Mạch tương đương (đầy đủ) của một tế bào quang điện (PV cell) được cho trên Hình 1. Hình 2 và Hình 3 là các quan hệ I(V) của tế bào trên, ứng với bức xạ mặt trời 1000 Wm2. Hình 1 Hình 2 tương ứng với điều kiện mạch tương đương của tế bào có điện trở nối tiếp Rs=0, đường nhạt nét khi điện trở song song Rp = ∞, đường đậm nét khi Rp ≠ ∞. Hình 2 Hình 3 tương ứng với điều kiện mạch tương đương có Rp = ∞, đường nhạt nét khi Rs=0, đường đậm nét khi Rs ≠ 0. Hình 3 CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucntt24 a. Từ Hình 2, hãy tính giá trị Rp? (1đ) b. Từ Hình 3, hãy tính giá trị Rs? (1đ) c. Giải thích cách vẽ và vẽ lên Hình 4 mối quan hệ I(V) khi mạch tương đương có kể đến cả Rp và Rs từ những giá trị tính trong câu a và b? (1đ) Hình 4 d. Hai tế bào quang điện 1 và 2 có mạch tương đương đầy đủ như trên Hình 1 với Rs = 0 và Rp = ∞ được mắc nối tiếp với nhau. Trong điều kiện tế bào 1 được chiếu nắng với bức xạ 1000 Wm2, trong khi tế bào 2 với bức xạ 500 Wm2: giải thích cách vẽ và vẽ lên Hình 5 mối quan hệ I(V) của hệ thống gồm 2 tế bào 1 và 2 nối tiếp; và chỉ ra điểm công suất cực đại trên hình vẽ? (1đ) Hình 5 CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucntt34 Câu 2. Giả sử tại một địa điểm đặt các máy phát điện gió có phân bố gió theo phân bố Rayleigh, với vận tốc trung bình Vtb là 8 ms. Hãy tính: a. Bao nhiêu giờ trong năm mà gió thổi với vận tốc nhỏ hơn vận tốc gió định mức VR (rated wind speed) 11 ms? (1đ) b. Bao nhiêu giờ trong năm mà gió thổi với vận tốc lớn hơn vận tốc gió cắt thoát VF (cutout wind speed) 23 ms? (1đ) c. Giả sử turbine gió 1000 kW có đường kính cánh quạt gió là 60 m được lắp đặt tại vị trí trên. Đường cong quan hệ công suất phát P (kW) theo vận tốc gió được cho trên Hình 6. Hãy tính năng lượng kWh trong 1 năm sản xuất bởi máy phát gió trên, khi vận tốc gió thay đổi trong khoảng từ 11 ms đến 23 ms? (1đ) d. Sử dụng mối quan hệ sau CF = 0.087 Vtb (PđmD2), hãy ước tính năng lượng kWh sản xuất được trong một năm? (1đ) Với CF: hệ số khả dụng (capacity factor), Vtb: vận tốc trung bình ms, Pđm: công suất định mức kW, D: đường kính cánh quạt m. Hình 6 Ghi chú trên Hình 6: Cut in windspeed: vận tốc gió khởi động. Cut out (furling) windspeed: vận tốc gió cắt thoát. Power delivered: công suất phát. Rated power: công suất định mức. Shedding the wind: sa thải (công suất) gió. PHẦN 2 – TỰ CHỌN (sinh viên chọn 1 trong 2: câu 3 hoặc câu 4): Câu 3. Một dòng suối cung cấp nước cho một máy phát thủy điện nhỏ với lưu lượng 756 lítphút qua một ống dẫn nước bằng nhựa PVC dài 240 m đến một turbine nằm thấp dưới 30 m so với dòng suối. Cho rằng tổn thất cột áp do ma sát trong ống dẫn là khá lớn. a. Tính đường kính trong của ống dẫn để sao cho vận tốc dòng nước trong ống là dưới 1.5 ms? và sau đó chọn đường kính ống dẫn PVC theo tiêu chuẩn có sẵn (với mức tăng đường kính là 1inch: 2inch 5 cm, 3inch 7.5 cm, 4inch 10 cm; …)? (1đ) CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucntt44 b. Cho rằng hệ thống turbine+ máy phát có hiệu suất 40%, tính năng lượng điện sản xuất (kWtháng) trong một tháng 30 ngày? (1đ) Chú ý: lưu lượng nước trên trục ngang 0400 được cho theo gallonsphút, và cần nhân cho 3.78 lít để có lưu lượng nước tính bằng lítphút tổn thất cột áp trên trục đứng 024 được cho theo feet ứng với mỗi 100 feet ống dẫn, và cần nhân cho 0.3 m để có tổn thất cột áp tính bằng m, ứng với mỗi 30 mét ống dẫn. tổn thất cột áp (feet100 feet ống dẫn) lưu lượng nước (gallons phút) Câu 4. Ở điều kiện tiêu chuẩn (STP: 1 atm, 25oC), pin nhiên liệu PEMFC dùng nhiên liệu hydro (H2) phản ứng với oxi tạo ra nước ở thể lỏng. Giả sử khí hydro được chuyển đổi giải phóng electron hoàn toàn. Khi một tế bào pin nhiên liệu tiêu thụ 60 lit hydro trong một giờ: a) Tính điện năng (kWh) tối đa tạo ra trong một giờ? (1đ) b) Tính dòng điện, công suất và điện áp thực của tế bào? Biết hiệu suất thực của pin bằng 70% hiệu suất lý tưởng. (1đ) Bộ môn Thiết Bị Điện Duyệt CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttCâu 1. Ở một địa điểm được khảo sát, người ta đo được phân bố vận tốc gió như trong bảng, tại độ cao 10 m. Người ta dự kiến sẽ đặt một tuabin gió trục ngang với độ cao tâm trục là 50 m. Giả sử hệ số ma sát của bề mặt khu vực lắp đặt là = 0,15, và khối lượng riêng của không khí tại độ cao tâm trục là 1,22 kgm3. a) Tính vận tốc gió trung bình (thống kê) và công suất gió trên đơn vị diện tích trung bình (thống kê) tại độ cao tâm trục. b) Tính mật độ năng lượng gió (trên đơn vị diện tích) sẽ nhận được mỗi năm. c) Nếu sử dụng một tuabin gió trục ngang có đường kính rôto là 55,6 m, hiệu suất chuyển đổi cơ – điện là 30%, vận tốc gió vào là 5 ms, vận tốc định mức là 15 ms, và vận tốc cắt thoát là 25 ms. Tính công suất định mức của máy phát điện và tổng thời gian mà tuabin gió này phát điện ở công suất định mức trong 1 năm. Biết rằng vận tốc gió được phân bố như trên. d) Tính tổng điện năng mà tuabin sản xuất ra trong 1 năm, và hệ số sử dụng (CF) tương ứng. Câu 2. Giả sử một bộ pin nhiên liệu 2 MW có điểm làm việc của mỗi cell là 0,6 V và 0,4 Acm2. a) Cần tổng diện tích cell bằng bao nhiêu? b) Nếu mỗi cell có diện tích 1 m2 và có 280 cell trên mỗi dãy, sẽ cần bao nhiêu dãy để tạo ra bộ pin 2 MW này? Bài giải: Câu 1. a) Quy đổi vận tốc gió tại 10 m về vận tốc gió tại 50 m, tính vận tốc gió trung bình (xem bảng tính Excel), thu được kết quả v50(avg) = 10,17 ms. Với diện tích = 1 m2, và khối lượng riêng của không khí đã cho, tính được công suất gió ứng với các giá trị khác nhau của vận tốc gió (đã tính phía trên), từ đó có được công suất gió trên đơn vị diện tích trung bình (chia tổng năng lượng gió thu được trong năm cho 8760 giờ), thu được kết quả Pđvdt(avg) = 967,3 W b) Mật độ năng lượng gió (trên đơn vị diện tích) chính là tổng năng lượng gió thu được trong năm đã có ở câu a). Cũng có thể lấy công suất gió trên đơn vị diện tích trung bình nhân với 8760 giờ, có được cùng kết quả sau (xem bảng tính Excel): Egió(đvdt) = 8473658 Wh c) Công suất định mức của máy phát điện sẽ được tính tại vận tốc gió = 15 ms. Tại vận tốc này và với khối lượng riêng của không khí đã cho, ta có được công suất gió trên đơn vị diện tích = 2059 W. Tổng diện tích quét của rôto = 2428 m2. Từ đó tính được công suất điện định mức, với hiệu suất chuyển đổi cơ điện đã cho (xem bảng tính Excel), thu được kết quả Pđiện(đm) = 1500 kW Tổng thời gian mà tuabin phát công suất định mức được tính là tổng thời gian vận tốc gió tại 50 m nằm giữa 15 ms và 25 ms (xem bảng tính Excel), thu được kết quả Tổng thời gian tuabin phát công suất định mức = 882 giờ d) Bảng tính Excel cũng tính ra công suất gió ứng với từng giá trị vận tốc gió tại 50 m, từ đó cho phép tính ra công suất điện tương ứng (với các vận tốc gió dưới 5 ms hoặc trên 25 ms, công suất điện sẽ là 0, xem bảng tính Excel). Từ đó có thể tính được tổng điện năng do máy sản xuất trong 1 năm = 5025124 kWh. Ngoài ra, tổng năng lượng gió truyền qua diện tích quét của rôto cũng có thể xác định bằng cách lấy kết quả ở câu b) nhân với diện tích quét, cho ta kết quả Egió = 20573604 kWh Như vậy có thể xác định hệ số sử dụng (Capacity Factor – CF) = 0,2443. Câu 2. a) Mỗi cm2 diện tích pin nhiên liệu sẽ cung cấp 0,6 V0,4 A = 0,24 W. Do đó, sẽ cần tổng diện tích là A = 20000000,24 = 8333333 cm2 = 833,3 m2 CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttb) Nếu mỗi cell có diện tích 1 m2, sẽ cần tổng cộng khoảng 833 cell. Do đó, nếu mỗi dãy chứa 280 cell thì sẽ cần 833280 = 2,975 3 dãy, để có thể cung cấp 2 MW. CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttĐỀ THI HỌC KỲ 1, NĂM HỌC 20142015. MÔN THI: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO. Thời gian: 90 phút. Sinh viên được phép sử dụng tài liệu riêng và chọn nội dung để thực hiện. Thang điểm 10. Câu 1. Cho 1 tấm pin mặt trời có 72 tế bào ghép nối tiếp, 1,26m2, có thông số ở điều kiện tiêu chuẩn (STC: 1 kWm2, 25 C, AM1,5) như sau: Công suất cực đại (Pmax) 175 W Điện áp ở Pmax (Vmpp) 35,7 V Dòng điện ở Pmax (Impp) 4,9 A Dòng điện ngắn mạch (Isc) 5,4 A Điện áp hở mạch (Voc) 44 V Hệ số nhiệt của Isc 0,065 % oC Hệ số nhiệt của Voc 160 mVoC Hệ số nhiệt của Pmax 0,5 % oC NOCT 47 C Tấm pin trên được lắp đặt ở khu vực có số giờ nắng đỉnh trung bình là 5 giờngày, nhiệt độ trung bình ngoài trời là 27oC. Lúc giữa trưa, độ rọi trực diện lên mặt trời là 1sun (1kWm2), nhiệt độ môi trường là 27oC: a) Tính nhiệt độ, điện áp hở mạch, dòng điện ngắn mạch, công suất cực đại của tấm pin? (1 đ) b) Tính điện năng (kWh) mà tấm pin có thể thu được trong một ngày, và trong một năm? (1 đ) Loại pin trên được sử dụng cho một hệ điện mặt trời độc lập của một gia đình tiêu thụ 5 kWhđêm từ 18:00 đến 23:00, dùng điện áp 220Vac. Biết inverter có hiệu suất trung bình 85%, bộ sạc có hiệu suất trung bình 95%, acquy có hiệu suất năng lượng 75%, hiệu cuất Coulomb 90%. c) Tính chọn mức điện áp DC và dung lượng acquy để tích điện đủ dùng cho 1 đêm? (1 đ) d) Tính công suất, số lượng tấm pin mặt trời, cách ghép nối và diện tích lắp đặt? (1 đ) Câu 2. Trên cánh đồng lúa ở cao độ 100m so với mặt biển, khi khảo sát năng lượng gió ở độ cao 65m so với mặt đất, tốc độ gió trung bình là 6,9ms, phân bố theo hàm Reyleigh. Tại vị trí này lắp đặt một turbine gió có đường kính cánh quạt 77m, ở độ cao 85m so với mặt đất, máy phát điện 1,5MW. Khi nhiệt độ môi trường là 30oC: a) Tính tỷ trọng không khí và tốc độ gió trung bình ở độ cao lắp turbine? Tính công suất đón gió trung bình của turbine? (1,5 đ) b) Biết turbine có vận tốc gió vào là 4ms, vận tốc cắt thoát là 22ms. Tính tổng thời gian mà turbine không phát điện trong 1 năm do vận tốc gió quá thấp hoặc quá cao? (1,5 đ) c) Tính hệ số khả năng CF? Tính điện năng turbine gió phát lên lưới điện trong một năm?(1,5 đ) d) Nếu phải thay mới máy phát điện, đề nghị chọn lại số khả năng CF=0,42? Tính lại công suất máy phát điện và điện năng turbine gió phát lên lưới điện trong một năm? Nhận xét? (1,5 đ) Câu 3. Cho một bộ pin nhiên liệu gồm 5 tế bào ghép nối tiếp, dùng nhiên liệu khí hydro phản ứng với oxy tạo thành nước ở thể lỏng ở điều kiện tiêu chuẩn (1 atm, 25oC). Cho biết lưu lượng khí hydro cung cấp cho bộ pin nhiêu liệu là 100 lítgiờ. Giả sử khí hydro được hấp thu để chuyển đổi giải phóng electron hoàn toàn. a) Tính dòng điện, và công suất lý thuyết cực đại của bộ pin? (1 đ) b) Giả sử hiệu suất thực của bộ pin chỉ bằng 60% hiệu suất lý thuyết: i. Tính công suất và điện áp thực của bộ pin? (1 đ) ii. Tính lượng điện năng (kWh) được tạo ra từ 1 kg hydro? (1 đ) CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttNgười ra đề . Trần Công Binh Đáp án: Câu 1. Ket qua _______________________ a) Tcell_a = 60.750000 oC a) Voc_a = 38.280000 V a) Isc_a = 5.525483 A a) Pm_a = 143.718750 W b) E_1ngay = 0.718594 kWhngay b) E_1nam = 262.286719 kWhnam c) Vacquy = 12.000000 V c) C_acquy = 490.196078 Ah c) C_acquy_install = 738.247106 Ah d) Pwp = 1.651187 kWp d) No_panel = 11.489014 panels d) Chon 11.000000 tam pin; A_install = 14.476158 m2 d) Hoac Chon 12.000000 tam pin; A_install = 15.120000 m2 Câu 2. Ket qua ______________________ Kieu My: Tall grass on level ground __________ alfa=0.15: a) ro = 1.138991 kgm3 a) Vavg_85 = 7.183315 ms a) Pavg = 1.877318 MW b) Time_noWorking = 1898.985553 gio c) CF = 0.371955 c) E = 4.887484 GWh d) Pavg = 1.215139 MW d) E = 4.470740 GWh Cong suat may phat con 81.0%. Dien nang nhan duoc con 91.5% Can nhac chon cong suat may phat phu hop de tan dung thoi gian co van toc gio cao. Câu 3. Ket qua _________________________________________________________ a) HHV = 285.800000 kJmol = 142900.000000 kJkg a) Qmin = 48.479190 kJmol = 24239.595000 kJkg a) Eff_max = 0.830374 % a) Wer = 118.600000 kWhkg a) I = 47.853393 A a) Pmax = 294.146825 W b_i) P_b = 176.488095 W b_i) V_b = 3.688100 V b_ii) W_b = 19.766667 kWhkg CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttCâu 1. % Lop NLTT 2014_SDH, thi HK % Cau 1 % Matlab tinh goc theo rad clc clear all do_rad=pi180 rad_do=180pi Tamb= 27 % nhiet do moi truong, oC S = 1 % sun % PV panel ncell=72 % cells A=1.26 % m2 Pm=175 % W Vm=35.7 % V Im=4.9 % A Voc=44.0 % V Isc=5.4 % A NOCT=47 % oC TCIsc=0.065 % %K %TCVoc=0.30 % %K TCVoc=0.16 % VoC TCPm=0.5 % %K hd = 5 % 5 gio nang dinh ngay S = 1 % 1 sun = 1kWm2 Eload = 5000 % Nang luong tieu thu 5kWhdem h = 5 % 5 giodem Eff_INV=0.85 Eff_CHARGE=0.95 Eff_Eacquy=0.75 Eff_Coulomb=0.9 disp(Cau a_________________) Tcell=Tamb+(NOCT20)0.8S Voc_a=Voc+TCVoc(Tcell25) %Voc_a=Voc(1+TCVoc100(Tcell25)) Isc_a=Isc(1+TCIsc100(Tcell25)) Pm_a=Pm(1+TCPm100(Tcell25)) disp(Cau b_________________) E_1ngay=Pm_ahd E_1nam=E_1ngay365 % 365 ngaynam disp(Cau c_________________) Pload=EloadhdEff_INV Idc_load=Pload12; % Acquy 12V TEXT = sprintf(Dong tai: %f < 100A => Chon Vacquy=12V. Cung co the chon 24V, Idc_load); disp(TEXT) Vacquy=12 C_acquy=EloadEff_INVVacquy DR=C_acquyIdc_load disp(Neu chon acquy Deepcycle MDOD=80%, Cr(27oC)=100%, T,DR(27oC, C5) = 77%) C_acquy_install=C_acquy0.80.77 DR_install=C_acquy_installIdc_load disp(Chon lai acquy Deepcycle MDOD=80%, Cr(27oC)=100%, T,DR(27oC, C7) = 83%) C_acquy_install=C_acquy0.80.83 disp(Cau d_________________) Esolar=EloadEff_INVEff_EacquyEff_CHARGE Pwp=Esolarhd No_panel=PwpPm_a No_panel_int=round(No_panel) A_install=No_panelA disp(Ket qua _______________________) TEXT = sprintf(a) Tcell_a = %f oC, Tcell); disp(TEXT) TEXT = sprintf(a) Voc_a = %f V, Voc_a); disp(TEXT) TEXT = sprintf(a) Isc_a = %f A, Isc_a); disp(TEXT) TEXT = sprintf(a) Pm_a = %f W, Pm_a); disp(TEXT) TEXT = sprintf(b) E_1ngay = %f kWhngay, E_1ngay1000); disp(TEXT) TEXT = sprintf(b) E_1nam = %f kWhnam, E_1nam1000); disp(TEXT) TEXT = sprintf(c) Vacquy = %f V, Vacquy); disp(TEXT) TEXT = sprintf(c) C_acquy = %f Ah, C_acquy); disp(TEXT) TEXT = sprintf(c) C_acquy_install = %f Ah, C_acquy_install); disp(TEXT) TEXT = sprintf(d) Pwp = %f kWp, Pwp1000); disp(TEXT) TEXT = sprintf(d) No_panel = %f panels, No_panel); disp(TEXT) TEXT = sprintf(d) Chon %f tam pin; A_install = %f m2, No_panel_int, A_install); disp(TEXT) TEXT = sprintf(d) Hoac Chon %f tam pin; A_install = %f m2, ceil(No_panel), Aceil(No_panel)); disp(TEXT) Câu 2. % Lop NLTT 2014SDH, thi HK % Cau 2_NL Gio % Matlab tinh goc theo rad clc clear all H=100 % Cao do mat bang lap dat 15m H0=65 % Cao do khao sat Vavg_65=6.9 % ms H1=85 % Cao do lap dat D=77 % Duong kinh Pr=1.5e6 % 1.5MW Tabm=30 % oC R=8.2056e5 % m3.atm(K.mol) T=273+Tabm % oK MW=28.97 % air=28.97gmol Po=1 % atm V_cut_in=4 V_cut_out=22 disp(Tinh theo kieu My_________________) % Cau a % Cach 1 P=Poexp(1.185e4(H+H1)) ro=PMW1e3RT % Cach 2 CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttKT=0.95 % Nhiet do 30oC KA=0.977 % Do cao 100+85 = 185m ~ 200m KA=(0.977185+115)200 % Do cao 100+85 = 185m ro=1.225KTKA alfa1=0.15 % DOng lua Vavg_85 = Vavg_65(H1H0)alfa1 A=piD24 Pavg=6pi12roAVavg_853 % Cau b F_4=1exp(pi4(V_cut_inVavg_85)2) F_22=1exp(pi4(V_cut_outVavg_85)2) Time_Working=(F_22F_4)8760 Time_noWorking=8760Time_Working % Cau c CF=0.087Vavg_85(Pr1000)(D2) E=PrCF8760 % Cau d CF_d=0.42 Pr_d=(0.087Vavg_85CF_d)(D2)1000 E_d=Pr_dCF_d8760 disp(Ket qua ______________________) disp(Kieu My: Tall grass on level ground__________ alfa=0.15:) TEXT = sprintf(a) ro = %f kgm3, ro); disp(TEXT) TEXT = sprintf(a) Vavg_85 = %f ms, Vavg_85); disp(TEXT) TEXT = sprintf(a) Pavg = %f MW, Pavg1e6); disp(TEXT) TEXT = sprintf(b) Time_noWorking = %f gio, Time_noWorking); disp(TEXT) TEXT = sprintf(c) CF = %f , CF); disp(TEXT) TEXT = sprintf(c) E = %f GWh, E1e9); disp(TEXT) TEXT = sprintf(d) Pavg = %f MW, Pr_d1e6); disp(TEXT) TEXT = sprintf(d) E = %f GWh, E_d1e9); disp(TEXT) TEXT = sprintf(Cong suat may phat con %f%%. Dien nang nhan duoc con %f%%, 100Pr_dPr, 100E_dE); disp(TEXT) TEXT = sprintf(Can nhac chon cong suat may phat phu hop de tan dung thoi gian co van toc gio cao.); disp(TEXT) Câu 3. % Lop NLTT 2014 SDH, thi HK % Cau 3_Fuel cell % Matlab tinh goc theo rad clc clear all T=25+273.15 %oK NoC=5 % 5 Number of Cell n=100 %lgio eff_real=0.6 % 60% Hieu suat ly thuyet % Cau a %H2 + 12O2 > H2O (liquid) %H: 0 0 (285.8) %S:0.130 120.205 0.0699 %G: 0 0 237.2 delta_H = 285.8 (0+0) %kJmol CH3OH HHV_mol=abs(delta_H) %MW = 21.008 MW = 21 HHV_kg=HHV_molMW1000 %kJkg delta_S=0.13+120.205(0.0699) %kJmolK Qmin=Tdelta_S %kJmol Qmin_kg=QminMW1000 %kJkg H=HHV_mol Eff_max=1QminH % Cach 2_____________________ delta_G=(237.2)00 %kJmolK We=abs(delta_G) We=HQmin Eff_max=WeH I=nNoC22.4136006.022e2321.602e19 P_max=1000abs(delta_G)n22.413600 %Vr_cell=P_maxINoC % Cau b P_b=eff_realP_max V_b=P_bI Wer = eff_realabs(delta_G) %kJmol Wer_b = Wer360010002 %kWhkg disp(Ket qua __________________________________________ _______________) TEXT = sprintf(a) HHV = %f kJmol = %f kJkg, HHV_mol, HHV_kg); disp(TEXT) TEXT = sprintf(a) Qmin = %f kJmol = %f kJkg, Qmin, Qmin_kg); disp(TEXT) TEXT = sprintf(a) Eff_max = %f %%, Eff_max); disp(TEXT) TEXT = sprintf(a) Wer = %f kWhkg, Wer); disp(TEXT) TEXT = sprintf(a) I = %f A, I); disp(TEXT) TEXT = sprintf(a) Pmax = %f W, P_max); disp(TEXT) TEXT = sprintf(b_i) P_b = %f W, P_b); disp(TEXT) TEXT = sprintf(b_i) V_b = %f V, V_b); disp(TEXT) TEXT = sprintf(b_ii) W_b = %f kWhkg, Wer_b); disp(TEXT) CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttSinh viên vào địa chỉ http:www4.hcmut.edu.vn~thietbidienthongtintailieu.html để xem đáp án. 12 (cuối ) Môn thi:NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO :20122013 : ) tên SV:......................................................................................................................................................................................................MSSV:......................................................................... Bài 1. Một hộ gia đình muốn đảm bảo cấp điện từ pin mặt trời (khi cần thiết) cho các thiết bị sau: Thiết bị Điện áp ngõ vào (V, DC) Công suất (W) Thời gian hoạt động (giờngày) Điện năng (Whngày) Đèn LED chiếu sáng 10 – 30 80 6 Đèn LED báo hiệu 10 – 30 10 24 Tủ lạnh 10 – 30 58 560 Quạt làm mát 10 – 30 60 8 a) Tính tổng điện năng cần thiết trong một năm. (1 đ) b) Chọn điện áp hệ thống và tính dung lượng danh định cần thiết của ắcquy chìaxit, nếu các thiết bị sẽ được đảm bảo cấp nguồn 95% thời gian trong năm, và giả sử số giờ nắng đỉnh thấp nhất trong năm là 4,8 giờngày. Giả sử nhiệt độ môi trường thấp nhất là 20 C. (1,5 đ) c) Tính công suất đỉnh danh định (STC) của bộ pin mặt trời để đáp ứng nhu cầu năng lượng trên, giả sử các tấm pin bị suy giảm công suất đỉnh do nhiệt độ là 0,45%K, và do thông số không khớp nhau là 3%, các tấm pin có NOCT = 48 C, hiệu suất năng lượng của ắcquy là 75%, và hiệu suất của bộ nạp điện là 95%. Coi nhiệt độ môi trường cao nhất là 35 C. (1,5 đ) Bài 2.Vùng Panhandle thuộc bang Texas (Hoa Kỳ) được đánh giá có năng lượng gió cấp độ 4 trở lên. Vận tốc gió đo được trong năm ở độ cao 20m được trình bày bên dưới. Một máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép Vestas V802MW (độ cao trụ 100 m, đường kính cánh quạt 80 m, vận tốc gió tối thiểu 4 ms, vận tốc gió tối đa 25 ms, công suất định mức 2 MW) được đặt ở vùng này, biết địa hình nơi đặt máy là nơi canh tác nhiều bờ bụi. Đường cong công suất thực của máy phát được trình bày trong hình 1 (bên dưới). a) Tính vận tốc gió trung bình trong năm ở độ cao 100m? (1 đ) b) Tính hệ số khả năng (CF) của máy và điện năng nhận được trong năm từ máy phát này, giả sử hàm xác suất vận tốc gió có dạng Rayleigh? (1 đ) c) Tính các vận tốc tương ứng với các vận tốc đo trong bảng bên ở độ cao 100 m? (1 đ) d) Từ đường cong công suất thực và bảng phân bố vận tốc gió trong năm, tính điện năng nhận được trong năm từ máy phát này? (1 đ) Vận tốc gió (ms) Số giờ trong năm 0 120 1 142 2 365 3 641 4 877 5 1111 6 1231 7 1218 8 976 9 720 10 466 11 333 12 222 13 143 14 100 15 45 16 28 17 11 18 7 19 4 20 1 21 2 Từ 22 trở lên 3 CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttSinh viên vào địa chỉ http:www4.hcmut.edu.vn~thietbidienthongtintailieu.html để xem đáp án. 22 Hình 1. Đặc tính công suất theo vận tốc gió của máy phát trong bài 2. Bài 3.Cho 1 tế bào pin nhiên liệu dùng nhiên liệu là khí hydro và khí oxy tạo thành nước ở thể lỏng. Pin nhiên liệu làm việc ở điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1 atm, 25C). a) Tính hiệu suất lý thuyết cực đại của pin nhiên liệu trên? Giả sử hiệu suất thực của pin bằng 50% hiệu suất lý thuyết, tính lượng điện năng (kWh) được tạo ra từ 1 kg hydro? (1 đ) b) Cho biết pin nhiêu liệu tiêu thụ 2 lít khí hydro trong một giờ. Tính dòng điện, và công suất lý thuyết cực đại của pin? (1 đ) c) Giả sử hiệu suất thực của pin ở câu b) bằng 60% hiệu suất lý thuyết, khí hydro được chuyển đổi giải phóng electron hoàn toàn, tính công suất và điện áp thực của pin. Giả sử mật độ dòng điện qua màng lọc của mỗi tế bào là 0,45 Acm2. Tính diện tích màng lọc của pin? (1 đ) HẾT CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttSinh viên vào địa chỉ http:www4.hcmut.edu.vn~thietbidienthongtintailieu.html để xem đáp án. 32 Đáp án Bài 1: a) Bảng số liệu Thiết bị Điện áp ngõ vào (V, DC) Công suất (W) Thời gian hoạt động (giờngày) Điện năng (Whngày) Đèn LED chiếu sáng 10 – 30 80 6 480 Đèn LED báo hiệu 10 – 30 10 24 240 Tủ lạnh 10 – 30 58 560 Quạt làm mát 10 – 30 60 8 480 Tổng 208 1760 Tổng điện năng cần thiết trong 1 năm = 1,76 kWh  365 = 642,4 kWh b) Chọn điện áp hệ thống bằng 12 V.Điện lượng cần thiết trong một ngày = 176012 = 146,7 Ahngày Số ngày lưu trữ cần thiết = 9,43 – 1,9  (4,8) + 0,11  (4,8)2 = 2,844 ngày Tổng dung lượng khả dụng cần thiết = 2,844  146,7 = 417,2 Ah Chọn loại ắcquy có độ phóng điện tối đa là MDOD = 0,8. Theo đồ thị trên hình 9.42, ứng với nhiệt độ 20 C, và tốc độ phóng điện C48 (có thể dùng đường C72), hệ số hiệu chỉnh tương ứng là 1,1. Do đó, dung lượng danh định ở điều kiện chuẩn của ắcquy là: Dung lượng danh định = 417,2(0,8  1,1) = 474,1 Ah Ba ắcquy 12 V160 Ah có thể đáp ứng yêu cầu này. c) Nhu cầu năng lượng mỗi ngày của các thiết bị là 1760 Wh. Coi toàn bộ năng lượng này được cung cấp từ ắcquy, do đó năng lượng cần đưa vào ắcquy bằng 17600,75 = 2347 Wh. Năng lượng tại ngõ ra của bộ pin mặt trời bằng 23470,95 = 2470 Wh Nhiệt độ làm việc của các cell = 35 + (48 20)0,8 = 70 C Hệ số suy giảm công suất do nhiệt độ = 1 – 0,0045  (70 – 25) = 0,7975 Công suất đỉnh danh định (STC) của bộ pin mặt trời = 2470(0,79750,974.8) = 665,2 Wp Bài 2: a Vận tốc gió trung bình ở độ cao 20 m: V20m = (0X120 + 1X142 + 2X365 + 3X641 + 4X877 + 5X1111 + 6X1231 + 7X1218 + 8X976 + 9X720 + 10X466 + 11X333 + 12X222 + 13X143 + 14X100 + 15X45 + 16X28 + 17X11 + 18X7 + 19X4 + 20X1 + 21X2 + 22X3)8766 = 6.61 ms Vận tốc gió trung bình tại độ cao 100 m: V100m = V20mX(10020)0.2 = 9.12 ms b Hệ số khả năng: CF = 0.087XV100m PRD2 = 0.087X9.12 (2000 kW)(802) = 0.4809 Điện năng nhận được trong năm từ máy phát 8766X(2000 kW)XCF = 8766X2000X0.4809 = 8431.1 MWhnăm c và d Vận tốc gió (ms) ở độ cao 20m Số giờ trong năm Vận tốc gió (ms) ở độ cao 100m Công suất phát từ đường cong công suất thực (kW) Điện năng nhận được (kWhnăm) 0 120 0 0 0 1 142 1.38 0 0 2 365 2.76 0 0 3 641 4.14 0 0 CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttSinh viên vào địa chỉ http:www4.hcmut.edu.vn~thietbidienthongtintailieu.html để xem đáp án. 42 4 877 5.52 150 131550 5 1111 6.9 400 444400 6 1231 8.28 700 861700 7 1218 9.66 1050 1345050 8 976 11.04 1500 1464000 9 720 12.42 1880 1353600 10 466 13.8 1980 922680 11 333 15.18 2000 666000 12 222 16.56 2000 444000 13 143 17.94 2000 286000 14 100 19.32 2000 200000 15 45 20.7 2000 90000 16 28 22.08 2000 56000 17 11 23.46 2000 22000 18 7 24.84 2000 14000 19 4 26.22 0 0 20 1 27.6 0 0 21 2 28.98 0 0 22 and over 3 30.36 0 0 Tổng điện năng nhận được trong một năm 8300980 Tổng điện năng nhận được trong một năm: 150877+4001111+7001231+10501281+1500976+1880720+1980466+2000333+2000222+ 2000143+2000100+200045+200028+200011+20007 = 8300980 kWhnăm Bài 3: Đáp án: a) Tính hiệu suất lý thuyết cực đại của pin nhiên liệu trên? Giả sử hiệu suất thực của pin bằng 50% hiệu suất lý thuyết, tính lượng điện năng được tạo ra từ 1 kg hydro? (1đ) H2 (khí) + ½ O2 (khí)  H2O (lỏng) Ho 0 ½.0 285,8 kJmol So 0,13 ½.0,205 0,0699 kJmolK Go 0 ½.0 237,2 kJmol H = 285,8 kJmol HHV=|H| =285,8 kJmol hydro =285,8 kJ2g hydro =142 900 kJkg hydro. S = 0,13 + ½.0,205 – 0,0699 = 0,1626 kJmolK Qmin = T.S = (273,15+25) 0,1626 = 48,4792 kJmol hydro = 24240 kJkg hydro. Tính hiệu suất lý thuyết cực đại: Cách 1: max = 1 Qmin HHV = 1 48,4792 285,8 = 0,83 = 83% Cách 2: G = 237,2 kJmol hydro. max = G H = 237,2 285,8 = 0,8300 = 83% CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttSinh viên vào địa chỉ http:www4.hcmut.edu.vn~thietbidienthongtintailieu.html để xem đáp án. 52 Hiệu suất lý thuyết cực đại là 83%. We = |G| =HHV – Qmin = 237,2 kJmolhydro. Hiệu suất thực của pin sẽ là r = 0,5 0,83 = 0,415 Vậy Wer = 0,5|G| = 0,5 237,2 kJmol = 118,6kJmolhydro = 118,6 (kW.s)(2ghydro) Hay Lượng điện năng được tạo ra từ 1 kg hydro là 16,47 kWh. b) Cho biết pin nhiêu liệu tiêu thụ 2 lit khí hydro trong một giờ. Tính dòng điện, công suất lý thuyết cực đại? (1đ) Dòng điện: Công suất lý thuyết: c) Giả sử hiệu suất thực của pin ở câu c bằng 60% hiệu suất lý thuyết, khí hydro được chuyển đổi giải phóng electron hoàn toàn, tính công suất và điện áp thực của pin. Giả sử mật độ dòng điện qua màng lọc của mỗi tế bào là 0,45Acm2. Tính diện tích màng lọc của pin? (1đ) Công suất thực: Khí hydro được chuyển đổi giải phóng electron hoàn toàn nên dòng điện qua pin không thay đổi: I= Điện áp thực: Diện tích màn lọc: CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttĐỀ THI HỌC KỲ 1, NĂM HỌC 20122013. MÔN THI: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO. Thời gian: 90 phút. Sinh viên được phép sử dụng tài liệu. Điểm tính theo thang điểm 10. Câu 1. Cho 1 tấm pin mặt trời BP 80W (polycrystalline) có 36 tế bào ghép nối tiếp: Maximum power Pmax 80 W Voltage at Pmax Vmp 17,6 V Current at Pmax Imp 4,55 A Warranted minimum Pmax 76 W Shortcircuit current Isc 4,8 A Opencircuit voltage Voc 22,1 V Temperature coefficient of Isc 0,065% °C Temperature coefficient of Voc 80mV °C Temperature coefficient of power 0,5% °C Nominal operating cell temperature (NOCT) 47°C Solar Cells 36 cells in a 4 x 9 matrix connected in series Tấm pin trên được lắp đặt tại Cần Thơ (10o10 vĩ Bắc, 105°460 kinh Đông). Vào ngày 8 tháng 1, nhiệt độ môi trường là 30oC. Lúc mặt trời đứng bóng, độ rọi trực diện từ mặt trời là 1sun (1kWm2): a) Nếu tấm pin luôn hướng về mặt trời, tính nhiệt độ, điện áp hở mạch, dòng điện ngắn mạch, công suất cực đại của tấm pin? (1 đ) b) Tính năng lượng (kWh) mà tấm pin có thể thu được trong một năm. Biết số giờ năng trung bình ở Cần Thơ là 4 giờngày. Nhiệt độ trung bình là 30oC. (1 đ) c) Tính tính thiên độ , cao độ N và góc nghiên tilt? (1 đ) d) Với góc nghiên trênở câu c), tính độ rọi thực lên tấm pin lắp song song với mặt đất? (1 đ) e) Với độ rọi ở câu d), tính nhiệt độ, điện áp hở mạch, dòng điện ngắn mạch, và công suất cực đại của tấm pin? (1 đ) f) Với điều kiện ở câu e), tính dòng ngược bảo hòa? Biết RS≈0mΩ, RP=14Ω. Tính dòng điện và công suất khi tấm pin cấp điện trực tiếp cho acquy 12V? (1 đ) Câu 2. Dọc theo bờ biển Bạc Liêu, khi khảo sát năng lượng gió ở độ cao 65m so với mặt biển, tốc độ gió trung bình là 7ms, phân bố theo hàm Reyleigh. Tại vị trí này lắp đặt một turbin gió có đường kính cánh quạt 82,5m ở độ cao 80m trên mặt biển. Khi nhiệt độ môi trường là 30oC, mặt biển tĩnh lặng: a) Tính tốc độ gió trung bình ở độ cao 80m so với mặt biển? (1 đ) b) Tính tỷ trọng không khí ở vị trí đặt turbin? (1 đ) c) Tính mật độ công suất gió trung bình ở độ cao 80m? (1 đ) d) Tính công suất gió trung bình ứng với diện tích đón gió của turbin? (1 đ) e) Giả sử turbin được lắp đặt máy phát điện hòa lưới có công suất định mức bằng công suất gió trung bình. Biết hệ số khả năng CF=0,33. Tính điện năng cung cấp của máy phát gió lên lưới điện trong một năm? (1 đ) % Sua loi CF=0.087Vavg_100_c1PAavg_c1(D2) E_c1=Pavg_c1CF8760 e) Câu 3. Ở điều kiện tiêu chuẩn STP, pin nhiên liệu PEMFC dùng nhiên liệu Hydro (H2) phản ứng oxi hóa tạo ra nước ở thể khí. a) Tính HHV của phản ứng theo kJmol và kJkg H2? (1 đ) Formatted: Superscript Formatted: Strikethrough Formatted: Font: Not Italic Formatted: No bullets or numbering CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttb) Tính hiệu suất cực đại của pin nhiên liệu trên? (1 đ) HẾT CuuDuongThanCong.com https:fb.comtailieudientucnttChưa giải. Đáp án: Câu 1. Ket qua __________________ a) Tcell = 63.750000 oC a) Voc_a = 19.000000 V a) Isc_a = 4.920900 A a) Pm_a = 64.500000 W b) E_annual = 94170.000000 Wh c) delta = 22.302275 do c) btaN = 57.681058 do c) tilt = 32.318942 do d) Sb = 0.845085 sun e) Tcell_e = 58.521623 oC e) Voc_e = 19.418270 V e) Isc_e = 4.1447944.904587 A e) Pm_e = 56.27536066.591351 W f) Io = 2.633958 e83.116796 e8 A f) I_f = 4.1179224.877154 A f) P_f = 49.41506358.525848 W f) P_f < Pm = 80.000000 W. Chu y: Da bo qua Rs Câu 2. A Ket qua _________________________________________________________ Cach 1: alfa=0.1: Smooth hard ground, calm water__________ a) Vavg_100 = 7.146867 ms b) ro = 1.165187 kgm3 b1) ro1 = 1.151500 kgm3 c) PAavg = 406.175773 Wm2 d) Pavg = 2171259.810903 W e) E = 6.276678 GWh Cach 2: z=0.0002: Water surface___________________________ a) Vavg_100 = 7.114523 ms b) ro = 1.165187 kgm3 c) PAavg = 400.686062 Wm2 d) Pavg = 2141913.925562 W e) E = 6.191845 GWh Câu 3. delta_H = 241.8000 a) HHV = 241.800000 kJmol = 120900.000000 kJkg Qmin = 13.0226 b) Eff_max = 0.946143 %

Trang 1

ĐỀ THI HỌC KỲ 1, NĂM HỌC 2014-2015

MÔN THI: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Thời gian: 90 phút

Sinh viên được phép sử dụng tài liệu riêng và chọn nội dung để thực hiện Thang điểm 10

Câu 1 Cho 1 tấm pin mặt trời có 72 tế bào ghép nối tiếp, 1,26m2, có thông số ở điều kiện tiêu chuẩn (STC: 1 kW/m2, 25 C, AM1,5) như sau:

Công suất cực đại (Pmax) 175 W Điện áp ở Pmax (Vmpp) 35,7 V Dòng điện ở Pmax (Impp) 4,9 A Dòng điện ngắn mạch (Isc) 5,4 A Điện áp hở mạch (Voc) 44 V

Lúc giữa trưa, độ rọi trực diện lên mặt trời là 1-sun (1kW/m2

), nhiệt độ môi trường là 27oC:

a) Tính nhiệt độ, điện áp hở mạch, dòng điện ngắn mạch, công suất cực đại của tấm pin? (1 đ)

b) Tính điện năng (kWh) mà tấm pin có thể thu được trong một ngày, và trong một năm? (1 đ)

Loại pin trên được sử dụng cho một hệ điện mặt trời độc lập của một gia đình tiêu thụ 5 kWh/đêm

từ 18:00 đến 23:00, dùng điện áp 220Vac Biết inverter có hiệu suất trung bình 85%, bộ sạc có hiệu suất trung bình 95%, acquy có hiệu suất năng lượng 75%, hiệu cuất Coulomb 90%

c) Tính chọn mức điện áp DC và dung lượng acquy để tích điện đủ dùng cho 1 đêm? (1 đ)

d) Tính công suất, số lượng tấm pin mặt trời, cách ghép nối và diện tích lắp đặt? (1 đ)

Câu 2 Trên cánh đồng lúa ở cao độ 100m so với mặt biển, khi khảo sát năng lượng gió ở độ cao

65m so với mặt đất, tốc độ gió trung bình là 6,9m/s, phân bố theo hàm Reyleigh Tại vị trí này lắp đặt một turbine gió có đường kính cánh quạt 77m, ở độ cao 85m so với mặt đất, máy phát điện 1,5MW Khi nhiệt độ môi trường là 30o

C:

a) Tính tỷ trọng không khí và tốc độ gió trung bình ở độ cao lắp turbine? Tính công suất đón gió

b) Biết turbine có vận tốc gió vào là 4m/s, vận tốc cắt thoát là 22m/s Tính tổng thời gian mà turbine không phát điện phát điện trong 1 năm do vận tốc gió quá thấp hoặc quá cao? (1,5 đ)

c) Tính hệ số khả năng CF? Tính điện năng turbine gió phát lên lưới điện trong một năm?(1,5 đ)

d) Nếu phải thay mới máy phát điện, đề nghị chọn lại số khả năng CF và công suất máy phát điện? Tính lại điện năng turbine gió phát lên lưới điện trong một năm? (1,5 đ)

Câu 3 Cho một bộ pin nhiên liệu gồm 5 tế bào ghép nối tiếp, dùng nhiên liệu khí hydro phản ứng

với oxy tạo thành nước ở thể lỏng ở điều kiện tiêu chuẩn (1 atm, 25o

C) Cho biết lưu lượng khí hydro cung cấp cho pin nhiêu liệu là 100 lít/giờ Giả sử khí hydro được hấp thu để chuyển đổi giải phóng electron hoàn toàn

a) Tính dòng điện, và công suất lý thuyết cực đại của bộ pin? (1 đ) b) Giả sử hiệu suất thực của bộ pin chỉ bằng 60% hiệu suất lý thuyết:

ii Tính lượng điện năng (kWh) được tạo ra từ 1 kg hydro? (1 đ)

Trang 2

Người ra đề

Trần Công Binh

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

Trang 3

Qmin = T S = (273,15+25) * 0,1626 = 48,4792 kJ/mol hydro = 24240 kJ/kg hydro

Tính hiệu suất lý thuyết cực đại:

Hiệu suất lý thuyết cực đại là 83%

We = | G| = HHV – Qmin = 237,2 kJ/mol hydro

Hiệu suất thực của pin sẽ là r = 0,5 * 0,83 = 0,415

Vậy Wer = 0,5 * | G| = 0,5 * 237,2 kJ/mol = 118,6 kJ/mol hydro = 118,6 (kW.s)/(2g hydro)

Trang 4

b) Cho biết pin nhiêu liệu tiêu thụ 2 lit khí hydro trong một giờ Tính dòng điện, công suất lý

Công suất lý thuyết:

c) Giả sử hiệu suất thực của pin ở câu c bằng 60% hiệu suất lý thuyết, khí hydro được chuyển đổi giải phóng electron hoàn toàn, tính công suất và điện áp thực của pin Giả sử mật độ dòng điện qua màng lọc của mỗi tế bào là 0,45A/cm2 Tính diện tích màng lọc của pin? (1đ)

Ett = 10000 % Nang luong tieu thu 10-kWh/ngay

disp( 'Cau a _' )

disp( 'Cau c _' ) E_1ngay_c=E_1ngay*HS % nang luong tu 1 tam pin/ngay

n_c=Ett / E_1ngay_c n_c1=ceil(n_c) A_c=n_c1*A

disp( 'Cau d _' ) Pm_d=Pm*n_c1

Voc_d=Voc*n_c1 % Mac noi tiep

Isc_d=Isc % Mac noi tiep

disp( 'Ket qua _' ) TEXT = sprintf( 'a) Tcell_a = %f [oC]' , Tcell); disp(TEXT) TEXT = sprintf( 'a) Voc_a = %f [V]' , Voc_a); disp(TEXT) TEXT = sprintf( 'a) Isc_a = %f [A]' , Isc_a); disp(TEXT) TEXT = sprintf( 'a) Pm_a = %f [W]' , Pm_a); disp(TEXT)

TEXT = sprintf( 'b) E_1ngay = %f [kWh/ngay]' , E_1ngay/1000); disp(TEXT)

TEXT = sprintf( 'b) E_1nam = %f [kWh/nam]' , E_1nam/1000); disp(TEXT)

TEXT = sprintf( 'c) n_c = %f [pin]==> chon %f [tam pin]' , n_c, n_c1); disp(TEXT)

TEXT = sprintf('c) A_c = %f [m2]', A_c); disp(TEXT) TEXT = sprintf( 'd) Pm_d = %f [kW]' , Pm_d/1000);

disp(TEXT) TEXT = sprintf( 'd) Voc_d = %f [V]' , Voc_d); disp(TEXT) TEXT = sprintf( 'd) Isc_d = %f [A]' , Isc_d); disp(TEXT)

Trang 5

clear all

H=15 % Cao do mat bang lap dat 15m

H0=65 % Cao do khao sat

% Cau d

CF=0.087*Vavg_85-(Pr/1000)/(D^2) E=Pr*CF*8760

disp( 'Ket qua ' ) disp( 'Kieu My: alfa=0.1: Smooth hard ground, calm water ' )

TEXT = sprintf( 'a) Vavg_85 = %f [m/s]' , Vavg_85); disp(TEXT) TEXT = sprintf( 'b) ro = %f [kg/m3]' , ro); disp(TEXT)

TEXT = sprintf( 'c) Pavg = %f [MW]' , Pavg/1e6); disp(TEXT) TEXT = sprintf( 'd) CF = %f ' , CF); disp(TEXT)

TEXT = sprintf( 'd) E = %f [GWh]' , E/1e9); disp(TEXT)

Câu 3

% Lop NLTT 2014-KCQ, thi HK

% Cau 3_Fuel cell

% Matlab tinh goc theo rad!

disp( ' _ Cau b' ) P_max=We*1000/MW*1/3600 %[kW]

TEXT = sprintf( 'a) Eff_max = %f [%%]' , Eff_max); disp(TEXT)

TEXT = sprintf( 'a) Eff_max2 = %f [%%]' , Eff_max2); disp(TEXT)

TEXT = sprintf( 'b) Pmax = %f [kW]' , P_max); disp(TEXT) TEXT = sprintf( 'c) Wer = %f [kWh/kg]' , Wer); disp(TEXT) TEXT = sprintf( 'c) Wer2 = %f [kWh/kg]' , Wer2);

disp(TEXT)

Trang 6

1/4

ĐỀ THI Năng Lượng Tái Tạo (Lớp DD2012KSKT)- 24.12.2015

Thời gian 90 phút SV được phép sử dụng tài liệu

Sinh viên giải câu 1c/ và 1d/ trực tiếp lên đề thi và nộp kèm với bài làm

Họ và tên MSSV

PHẦN 1 - BẮT BUỘC:

Câu 1 Mạch tương đương (đầy đủ) của một tế bào quang điện (PV cell) được cho

trên Hình 1 Hình 2 và Hình 3 là các quan hệ I(V) của tế bào trên, ứng với bức xạ mặt

trời 1000 W/m2

Hình 1

Hình 2 tương ứng với điều kiện mạch tương đương của tế bào có điện trở nối tiếp

Rs=0, đường nhạt nét khi điện trở song song Rp = ∞, đường đậm nét khi Rp ≠ ∞

Trang 7

a/ Từ Hình 2, hãy tính giá trị Rp? (1đ)

c/ Giải thích cách vẽ và vẽ lên Hình 4 mối quan hệ I(V) khi mạch tương đương có kể

đến cả Rp và Rs từ những giá trị tính trong câu a/ và b/? (1đ)

Hình 4

d/ Hai tế bào quang điện #1 và #2 có mạch tương đương đầy đủ như trên Hình 1 với

Rs = 0 và Rp = ∞ được mắc nối tiếp với nhau Trong điều kiện tế bào #1 được chiếu nắng với bức xạ 1000 W/m2, trong khi tế bào #2 với bức xạ 500 W/m2: giải

thích cách vẽ và vẽ lên Hình 5 mối quan hệ I(V) của hệ thống gồm 2 tế bào #1 và

#2 nối tiếp; và chỉ ra điểm công suất cực đại trên hình vẽ? (1đ)

Hình 5

Trang 8

3/4

Câu 2 Giả sử tại một địa điểm đặt các máy phát điện gió có phân bố gió theo phân bố

Rayleigh, với vận tốc trung bình Vtb là 8 m/s Hãy tính:

a/ Bao nhiêu giờ trong năm mà gió thổi với vận tốc nhỏ hơn vận tốc gió định mức VR

b/ Bao nhiêu giờ trong năm mà gió thổi với vận tốc lớn hơn vận tốc gió cắt thoát VF

c/ Giả sử turbine gió 1000 kW có đường kính cánh quạt gió là 60 m được lắp đặt tại

vị trí trên Đường cong quan hệ công suất phát P (kW) theo vận tốc gió được cho

trên Hình 6 Hãy tính năng lượng kWh trong 1 năm sản xuất bởi máy phát gió

trên, khi vận tốc gió thay đổi trong khoảng từ 11 m/s đến 23 m/s? (1đ)

d/ Sử dụng mối quan hệ sau CF = 0.087 Vtb- (Pđm/D2 ), hãy ước tính năng lượng

Với CF: hệ số khả dụng (capacity factor), Vtb: vận tốc trung bình [m/s], Pđm:

công suất định mức [kW], D: đường kính cánh quạt [m]

Hình 6

Ghi chú trên Hình 6:

- Cut in windspeed: vận tốc gió khởi động

- Cut out (furling) windspeed: vận tốc gió cắt thoát

- Power delivered: công suất phát

- Rated power: công suất định mức

- Shedding the wind: sa thải (công suất) gió

PHẦN 2 – TỰ CHỌN (sinh viên chọn 1 trong 2: câu 3 hoặc câu 4):

Câu 3

Một dòng suối cung cấp nước cho một máy phát thủy điện nhỏ với lưu lượng 756 lít/phút qua một ống dẫn nước bằng nhựa PVC dài 240 m đến một turbine nằm thấp dưới 30 m so với dòng suối Cho rằng tổn thất cột áp do ma sát trong ống dẫn là khá lớn

a/ Tính đường kính trong của ống dẫn để sao cho vận tốc dòng nước trong ống là

dưới 1.5 m/s? và sau đó chọn đường kính ống dẫn PVC theo tiêu chuẩn có sẵn (với mức tăng đường kính là 1-inch: 2-inch/ 5 cm, 3-inch/ 7.5 cm, 4-inch/ 10 cm; …)?

(1đ)

Trang 9

b/ Cho rằng hệ thống turbine+ máy phát có hiệu suất 40%, tính năng lượng điện sản

tổn thất cột áp (feet/100 feet ống dẫn)

lưu lượng nước (gallons/ phút)

Câu 4

Ở điều kiện tiêu chuẩn (STP: 1 atm, 25oC), pin nhiên liệu PEMFC dùng nhiên liệu

hydro (H2) phản ứng với oxi tạo ra nước ở thể lỏng Giả sử khí hydro được chuyển

đổi giải phóng electron hoàn toàn

Khi một tế bào pin nhiên liệu tiêu thụ 60 lit hydro trong một giờ:

b) Tính dòng điện, công suất và điện áp thực của tế bào? Biết hiệu suất thực của pin

-

-Bộ môn Thiết Bị Điện

Duyệt

Trang 10

Câu 1 Ở một địa điểm được khảo sát, người ta đo được phân bố vận tốc gió như trong bảng, tại độ cao 10 m Người ta dự kiến sẽ đặt một tuabin gió trục ngang với độ cao tâm trục là 50 m Giả sử hệ

số ma sát của bề mặt khu vực lắp đặt là = 0,15, và khối lượng riêng của không khí tại độ cao tâm trục là 1,22 kg/m3

a) Tính vận tốc gió trung bình (thống kê) và công suất gió trên đơn vị diện tích trung bình (thống kê) tại độ cao tâm trục

b) Tính mật độ năng lượng gió (trên đơn vị diện tích) sẽ nhận được mỗi năm

c) Nếu sử dụng một tuabin gió trục ngang có đường kính rôto là 55,6 m, hiệu suất chuyển đổi cơ – điện là 30%, vận tốc gió vào là 5 m/s, vận tốc định mức là 15 m/s, và vận tốc cắt thoát là 25 m/s Tính công suất định mức của máy phát điện và tổng thời gian mà tuabin gió này phát điện ở công suất định mức trong 1 năm Biết rằng vận tốc gió được phân bố như trên

d) Tính tổng điện năng mà tuabin sản xuất ra trong 1 năm, và hệ số sử dụng (CF) tương ứng

Câu 2 Giả sử một bộ pin nhiên liệu 2 MW có điểm làm việc của mỗi cell là 0,6 V và 0,4 A/cm2

a) Cần tổng diện tích cell bằng bao nhiêu?

b) Nếu mỗi cell có diện tích 1 m2

và có 280 cell trên mỗi dãy, sẽ cần bao nhiêu dãy để tạo ra bộ pin

Pđvdt(avg) = 967,3 W

b) Mật độ năng lượng gió (trên đơn vị diện tích) chính là tổng năng lượng gió thu được trong năm

đã có ở câu a) Cũng có thể lấy công suất gió trên đơn vị diện tích trung bình nhân với 8760 giờ, có được cùng kết quả sau (xem bảng tính Excel):

Egió(đvdt) = 8473658 Wh

c) Công suất định mức của máy phát điện sẽ được tính tại vận tốc gió = 15 m/s Tại vận tốc này và với khối lượng riêng của không khí đã cho, ta có được công suất gió trên đơn vị diện tích = 2059 W Tổng diện tích quét của rôto = 2428 m2 Từ đó tính được công suất điện định mức, với hiệu suất chuyển đổi cơ điện đã cho (xem bảng tính Excel), thu được kết quả

Pđiện(đm) = 1500 kW

Tổng thời gian mà tuabin phát công suất định mức được tính là tổng thời gian vận tốc gió tại 50 m nằm giữa 15 m/s và 25 m/s (xem bảng tính Excel), thu được kết quả

Tổng thời gian tuabin phát công suất định mức = 882 giờ

d) Bảng tính Excel cũng tính ra công suất gió ứng với từng giá trị vận tốc gió tại 50 m, từ đó cho phép tính ra công suất điện tương ứng (với các vận tốc gió dưới 5 m/s hoặc trên 25 m/s, công suất điện sẽ là 0, xem bảng tính Excel) Từ đó có thể tính được tổng điện năng do máy sản xuất trong 1 năm = 5025124 kWh

Ngoài ra, tổng năng lượng gió truyền qua diện tích quét của rôto cũng có thể xác định bằng cách lấy kết quả ở câu b) nhân với diện tích quét, cho ta kết quả

Trang 11

b) Nếu mỗi cell có diện tích 1 m2, sẽ cần tổng cộng khoảng 833 cell Do đó, nếu mỗi dãy chứa 280 cell thì sẽ cần 833/280 = 2,975 3 dãy, để có thể cung cấp 2 MW

Trang 12