Chuong 3 Năng lượng gió

Chương 3: Năng lượng gió Môn Năng lượng tái tạo 1. Sự hình thành và tiềm năng của năng lượng gió 2. Nguyên lý biến đổi và tính toán năng lượng gió 2.1.Công suất cực đại của turbin gió 2.2.Công suất thực của turbin gió 2.3.Lực tác dụng lên cánh turbin gió 3. Đặc tính cơ bản của turbin gió 4. Hệ thống chuyển đổi năng lượng điện gió Kết luận

Năm 2017

Giảng viên: Lưu Văn Phúc

Khoa Vật lý và công nghệ

1 Sự hình thành và tiềm năng của năng lượng gió

2 Nguyên lý biến đổi và tính toán năng lượng gió

 Công suất cực đại của turbin gió

 Công suất thực của turbin gió

 Lực tác dụng lên cánh turbin gió

3 Đặc tính cơ bản của turbin gió

4 Hệ thống chuyển đổi năng lượng điện- gió

Kết luận

 Khái niệm: Năng lượng gió là động năng của không khí di

chuyển trong bầu khí quyển của trái đất Năng lượng gió là hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời

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.Sự khác nhau về

nhiệt độ và áp suất tạo thành gió

Tiềm năng của năng lượng gió ở Việt Nam

là động năng của luồng không khí đó (không khí có khối lượng) Động năng này chuyển thành điện năng nhờ động cơ gió

 Năng lượng khối khí chuyển động tỷ lệ với bình phương vận tốc Vận tốc tăng gấp đôi, động năng gió tăng gấp 4 lần và khối lượng không khí qua động cơ tăng gấp đôi Năng lượng chuyển đổi qua động cơ gió tăng gấp 8 lần.

Vận tốc gió tăng dù nhỏ cũng có khả năng tăng lượng điệnmột cách đáng kể

1.Công suất gió:

(3.1)1 2

2

E

P mV t

= =

+ P: Công suất gió ,W

+ E: Là năng lượng tạo ra từ gió,J

+ m: Lưu lượng không khí chuyển động qua tuabin gió;kg/s+ V: Vận tốc gió qua động cơ gió; m/s

+ t: thời gian ; s

 Lưu lượng không khí (m) chuyển qua tuabin gió có thể được xác định theo phương trình liên tuc sau:

m=ρSV (3.2)

+ ρ : Khối lượng riêng; kg/m3

+ S: Diện tích quét của cánh tuabin ;m2

+ V: Vận tốc gió qua tuabin; m/s

2 Công suất cưc đại của tuabin gió

Tuabin gió là thiết bị tiếp nhận năng lượng từ gió Thiết bị để nghiên cứu quá trình này là mô hình ống dòng hướng trục Năng lượng của gió không thể chuyển hóa hoàn toàn thành cơ năng

2 Công suất cưc đại của tuabin gió

a-b: Chiều dày cánh tuabin

Pi,Vi: áp suất và vận tốc gió đầu vào

Pe,Ve: áp suất và vận tốc gió đầu ra của ống

Pa; Pb; Va; Vb;Áp suất, vận tốc dòng khí trước và sau cánh tuabin

2 Công suất cưc đại của tuabin gió

Viết phương trình Bernoulli cho 2 mặt cắt i-a, ta có:

2 Công suất cưc đại của tuabin gió

 Vận tốc gió đi qua tuabin từ a-b sẽ giảm dần do quá trình biến đổi năng lượng gió thành cơ năng Suy ra Vi giảm dần

và đạt giá trị Va ngay trên cánh tuabin (Va<Vi)

 Khi ra khỏi tuabin vận tốc gió đặt giá trị Ve (Ve<Vb)

2 Công suất cưc đại của tuabin gió

 Áp suất gió sau khi đi qua tuabin một khoảng thời gian nào

đó sẽ bằng áp suất ban đầu, nên: Pi=Pe

 Vận tốc gió trong tuabin được xem là không đổi vận vì

chiều dày cánh(đoạn a-b) là rất mỏng so với chiều dài ống đang khảo sát, nên: Va∼ Vb

2 Công suất cưc đại của tuabin gió

 Lực tác dụng dọc trục Fx được tính theo công thức:

 Gọi Vt là vận tốc trung bình của gió vào và ra khỏi tuabin: Suy ra:

2 Công suất cưc đại của tuabin gió

 Với quá trình lưu động dòng khí là ổn định, công thực hiện của tuabin có thể được xác định bằng độ biến thiên động năng của dòng khí Vì vậy, công suất của tuabin gió có thể được xác đinh theo phương trình sau:

2 2

W W

.2

2 Công suất cưc đại của tuabin gió

 Từ PT liên tục, lưu lượng dòng khí qua tuabin có thể được xác đinh theo phương trình sau:

2 Công suất cưc đại của tuabin gió

 Tuabin gió đạt được công suất cực đại thì vận tốc Ve của gió khi ra khỏi tuabin phải đạt giá trị tối ưu

 Để xác định vận tốc Ve tối ưu, ta lấy đạo hàm của PT (3.12) theo Ve

2 Công suất cưc đại của tuabin gió

 Như vậy, hiệu suất cực đại của tuabin gió sẽ là:

3 max

ρη

ρ

3 Lực tác dụng lên cánh của tuabin gió: Lực này gồm lực vòng và lực dọc trục

+ T:Lực vòng,N

+ v:Vận tốc dài của cánh tuabin;m/s

+ D:đường kính quét của cánh tuabin;m

+N:số vòng quay của tuabin trong 1 đơn vị thời gian; vòng/s

3 Lực tác dụng lên cánh của tuabin gió: Lực này gồm lực vòng và lực dọc trục

Trường hợp tuabin làm việc với hiệu suất cực đại lực vòng được xác định theo phương trình:

3

18

i

DV T

227

i

DV T

N

ρ

3 Lực tác dụng lên cánh của tuabin theo phương dọc trục

Lực tác dụng dọc trục lên cánh turbin đạt giá trị cực đại khi vận tốc

4

Lực khí động F phân thành 2 thành phần: + Lực kháng D (cùng chiều gió)

+ Lực nâng L (vuông góc với chiều gió)

+ Vận tốc gió phía trên cánh lớn hơn ở dưới cánh

Áp suất trên cánh bé hơn dưới cánh Xuất hiện lực nâng

A Lực nâng và lực kháng lên cánh của tuabin gió

1 Cơ cấu điều chỉnh Turbin theo hướng gió

1 Cơ cấu điều chỉnh Turbin theo hướng gió

1 Cơ cấu điều chỉnh Turbin theo hướng gió

1 Cơ cấu điều chỉnh tốc độ Rotor- Hộp số

1 Cơ cấu điều chỉnh tốc độ Rotor- Hộp số

1 Cơ cấu điều chỉnh tốc độ Rotor- Hộp số

2 Máy phát điện sử dụng gió

2 Máy phát điện sử dụng gió

2 Máy phát điện sử dụng gió

2 Máy phát điện sử dụng gió

2 Máy phát điện sử dụng gió

2 Máy phát điện sử dụng gió

2 Máy phát điện sử dụng gió

2 Máy phát điện sử dụng gió

2 Máy phát điện sử dụng gió

2 Máy phát điện sử dụng gió

2 Máy phát điện sử dụng gió

2 Các hình dạng trụ của turbin gió

2 Chân đế của trụ của turbin gió

2 Chân đế của trụ của turbin gió

3 Hệ thống điều khiển turbin gió

3 Hệ thống điều khiển turbin gió

3 Hệ thống điều khiển turbin gió

Ngoài ra còn một số dự án, như ở: Cần thơ, Bến Tre, Ninh Phước, Kiên Giang, Sóc Trăng, Côn Đảo…

a Công suất tổng của dòng gió;

b Công suất cực đại của turbine gió nếu bán kính cánh turbine là 120m; c.Công suất thực của turbine gió nếu hiệu suất của turbine gió là 40%;

d Hiệu suất cực đại của turbin gió

e Độ lớn lực vòng và lực hướng trục cực đại nếu tốc độ quay của turbine

là 360 vòng/phút

f Xác định hệ số cao tốc của turbine

lắng nghe