NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG PHONG ĐIỆN TẠI HUYỆN ĐẢO CỒN CỎ, TỈNH QUẢNG TRỊ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Trong đó tập trung chủ yếu vào sự phụ thuộc của năng lượng gió vào các yếu tố môi trường xung quanh như độ cao, nhiệt độ, độ ẩm và địa hình… để từ đó đánh giá được tiềm năng gió tại huy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Lê Vĩnh Thắng

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục

Tóm tắt luận văn

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Phương pháp nghiên cứu 3

4 Tính thực tiễn của đề tài 3

5 Bố cục luận văn 3

Chương 1 TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG ĐIỆN HUYỆN ĐẢO CỒN CỎ, TỈNH QUẢNG TRỊ VÀ NHU CẦU XÂY DỰNG HỆ THỐNG PHONG ĐIỆN 4

1.1 Hiện trạng cấp nguồn và lưới điện huyện đảo Cồn Cỏ 4

1.1.1 Nguồn điện và phụ tải 4

1.1.2 Hệ thống lưới điện 6

1.2 Tình hình cung cấp điện và kinh doanh điện năng 6

1.2.1 Công tác vận hành 6

1.2.2 Tình hình kinh doanh điện năng 6

1.2.2.1 Giá bán điện 6

1.2.2.2 Sản lượng điện thương phẩm theo từng nhóm khác hàng, chi phí hoạt động, doanh thu những năm gần đây 7

1.3 Tính tất yếu của việc phát triển năng lượng gió 9

1.4 Tình hình sử dụng năng lượng gió ở Việt Nam 10

1.5 Nhu cầu xây dựng hệ thống phong điện cho huyện đảo Cồn Cỏ 12

1.5.2 Lựa chọn nguồn điện 12

1.6 Kết luận 13

Chương 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIÓ 14

2.1 Năng lượng gió 14

2.2 Đường cong công suất của tuabin gió 16

2.3 Cấu tạo của tuabin gió 17

2.3.1 Các bộ phận chính trong tuabin gió (trục ngang) 18

2.3.2 Các loại tuabin gió 19

2.4 Máy phát trong hệ thống tuabin gió 21

2.4.1 Máy phát đồng bộ 21

2.4.2 Máy phát không đồng bộ 21

2.5 Các cách thức hoạt động của tuabin gió 22

2.5.1 Tuabin gió tốc độ cố định 22

2.5.2 Tuabin gió tốc độ thay đổi 23

2.5.3 Tuabin gió máy điện cảm ứng kích từ kép 23

2.5.4 Bộ chuyển đổi công suất trong hệ thống điện gió 25

2.6 Kết luận 27

Chương 3 KHẢO SÁT TIỀM NĂNG GIÓ VÀ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG PHONG ĐIỆN CẤP ĐIỆN CHO ĐẢO CỒN CỎ 29

3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến mật độ không khí 29

3.2 Ảnh hưởng của độ cao lên công suất gió 30

3.3 Số liệu về gió tại huyện đảo Cồn Cỏ, tỉnh Quảng Trị 33

3.4 Hàm mật độ xác suất tốc độ gió 34

3.4.1 Hàm mật độ xác suất Weibull và Rayleigh 34

3.4.2 Công suất gió trung bình với hàm Rayleigh 37

3.5 Công suất gió thu được 38

3.6 Phân loại công suất gió 42

3.8 Đặc điểm tự nhiên-kinh tế xã hội huyện đảo Cồn Cỏ, tỉnh Quảng Trị 43

3.9 Địa điểm xây dựng hệ thống phong điện 43

3.10 Chọn máy phát điện 44

3.11 Tính công suất và năng lượng phát ra của máy phát 45

3.12 Tổng quan về chương trình tính toán năng lượng gió bằng ngôn ngữ lập trình Matlab 46

3.13 Kết luận 50

Chương 4 PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG PHONG ĐIỆN CẤP ĐIỆN CHO HUYỆN ĐẢO CỒN CỎ 51

4.1 Giới thiệu phần mềm ETAP 51

4.1.1 Các khả năng tính toán của etap 51

4.1.2 Giao diện ETAP 51

4.2 Phân tích chế độ làm việc của lưới điện 54

4.2.1 Chế độ phụ tải cực đại 54

4.2.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 56

4.3 Kết luận 57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)

PHỤ LỤC

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG PHONG ĐIỆN

TẠI HUYỆN ĐẢO CỒN CỎ, TỈNH QUẢNG TRỊ

Học viên: Lê Vĩnh Thắng Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 105150372 Khóa: K31 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt - Do cách xa đất liền nên huyện đảo Cồn Cỏ vẫn chưa được kết nối với lưới

điện quốc gia Theo UBND tỉnh Quảng Trị, hiện nay, huyện đảo Cồn Cỏ đang sử dụng máy phát điện diesel, mạng lưới cấp điện duy trì cấp điện từ 8 giờ đến 15 giờ mỗi ngày, nguồn điện chưa ổn định, chi phí cao, chưa đáp ứng nhu cầu sử dụng của các cơ quan hành chính cũng như người dân sinh sống trên địa bàn Nội dung chính của cuốn luận văn này là khảo sát tiềm năng gió của huyện đảo, xây dựng chương trình tính toán năng lượng gió bằng ngôn ngữ lập trình Matlab và áp dụng tại huyện đảo Từ đó chọn được máy phát điện gió Sau đó sử dụng phần mềm Etap mô phỏng tính toán hệ thống phong điện ở hai chế độ phụ tải cực đại và cực tiểu Trong đó tập trung chủ yếu vào sự phụ thuộc của năng lượng gió vào các yếu tố môi trường xung quanh như độ cao, nhiệt

độ, độ ẩm và địa hình… để từ đó đánh giá được tiềm năng gió tại huyện đảo và đồng thời có thể tham vấn cho Công ty điện lực Quảng Trị nhằm xây dựng hệ thống phong điện cấp điện giải quyết vấn đề thiếu điện cho người dân trên đảo

Từ khóa - điện gió; năng lượng gió; đảo Cồn Cỏ; công suất gió; tuabin gió.

A STUDY OF BUILDING WIND POWER SYSTEM

IN ISLAND DISTRICT OF CON CO, QUANG TRI PROVINCE

Abstract - Due to the distance from the mainland, island district of Con Co have not

connected to the national grid According to the People's Committee of Quang Tri province, currently, island district of Con Co is using diesel generator, electrical supply network maintains power supply from 8 hours to 15 hours per day, power supply has not stable, high cost, not met the demand of use of administrative agencies

as well as people living in the area The main content of this thesis is investigating the wind potential of island districts, setting up a wind energy calculation program using the Matlab programming language and applying in the island district From there, you can choose wind generators Then we use Etap software simulation step calculates wind power system in the two maximum and minimum load It focuses essentially on the dependence of wind energy on surrounding environmental factors such as height, temperature, humidity and topography Since then, we can assess the potential wind at there and at the same time Consult with Quang Tri Power Company to build a wind power system to solve the electricity shortage problem for people on the island

Key words - wind power; wind energy; Con Co island; Wind capacity; wind turbine

Hệ thống phong điện Nguyên lý hoạt động Năng lượng tái tạo

3.1 Mật độ không khí ở 1atm với các nhiệt độ khác nhau 29 3.2 Áp suất không khí tại 15oC với các độ cao khác nhau 30 3.3 Cho các giá trị của α với các địa hình khác nhau 31

Số hiệu

hình vẽ

1.1 Công suất đặt của điện gió toàn thế giới 1997 - 2014 10

2.2 Đồ thị mối tương quan giữa công suất và vận tốc gió 16 2.3 Mối tương quan giữa công suất với vận tốc gió 16

2.7 Tuabin gió tốc độ không đổi với máy phát điện không đồng bộ 22 2.8 Tuabin gió có tốc độ thay đổi với máy phát đồng bộ 23 2.9 Tuabin gió tốc độ thay đổi với máy phát điện không đồng bộ

nguồn kép

23

2.10 Hướng công suất của máy phát điện không đồng bộ nguồn kép 24 2.11 Sơ đồ hệ thống điện gió khi kết nối với lưới điện 25

3.1 Mức độ tăng của (a) tốc độ gió và (b) công suất gió theo chiều

cao H với các hệ số α khác nhau

32

3.2 Chiều cao của tháp đỡ tương ứng với nhiều dung lượng khác

nhau của tuabin gió

3.6 Sự thay đổi của hiệu suất rotor Cp theo tỉ số Vd/V 40 3.7 Hiệu suất rotor một số loại tuabin gió thông dụng 41

3.8 Khoảng cách tối ưu giữa các tuabin trong wind farm 42 3.9 Mặt bằng vị trí nhà máy và hướng đấu nối 44

4.2 Các chức năng tính toán của phần mềm ETAP 52

4.6 Kết quả tính toán chế độ phụ tải cực đại 56 4.7 Kết quả tính toán chế độ phụ tải cực tiểu 57

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Năng lượng là một trong các điều kiện thiết yếu của con người Trong khi các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ đang dần cạn kiệt, giá thành cao, nguồn cung không ổn định, việc vận chuyển khó khăn, tốn kém đặc biệt là tới những vùng sâu, xa, hải đảo… thì nhiều nguồn năng lượng thay thế đang được các nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu đặc biệt là nguồn năng lượng gió Việc tiếp cận để tận dụng nguồn năng lượng gió không chỉ góp phần cung ứng kịp nhu cầu năng lượng của xã hội mà còn giúp giảm thiểu việc ô nhiễm môi trường Nhận thức được tầm quan trọng của năng lượng tái sinh nói chung

và năng lượng gió nói riêng, chính phủ của nhiều quốc gia trên thế giới đang dốc tiền của, nhân lực vào việc nghiên cứu và đưa vào sử dụng thực tiễn năng lượng gió, giúp giảm sự căng thẳng năng lượng ở các nước

Cồn Cỏ (còn gọi là Hòn Cỏ, Con Cọp, Hòn Mệ ) là một đảo nhỏ ở biển Đông, thuộc tỉnh Quảng Trị, miền Trung Việt Nam Diện tích của đảo gần 4 km² Về mặt hành chính, đảo Cồn Cỏ đồng thời là huyện đảo Cồn Cỏ Cồn Cỏ cách Mũi Lay 27 km về phía đông, có vị trí ở 17°10' vĩ bắc và 107°21' kinh đông Trước khi thành lập huyện đảo Cồn Cỏ, đảo thuộc xã Vĩnh Quang, huyện Vĩnh Linh và do Tỉnh đội Quảng Trị quản lý

Do cách xa đất liền nên Cồn Cỏ vẫn chưa được kết nối với lưới điện quốc gia Theo UBND tỉnh Quảng Trị, hiện nay, huyện đảo Cồn Cỏ đang sử dụng máy phát điện diesel, mạng lưới cấp điện duy trì cấp điện từ 8 giờ đến 15 giờ mỗi ngày, nguồn điện chưa ổn định, chi phí cao, chưa đáp ứng nhu cầu sử dụng của các cơ quan hành chính cũng như người dân sinh sống trên địa bàn

Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, tuy tốc độ gió trung bình hằng năm của nước ta không cao so với một số nước trên Thế giới, nhưng nước

ta có bờ biển dài trên 3200km và có nhiều đảo, đó là điều kiện thuận lợi để khai thác tiềm năng gió Đặc biệt ở các khu vực có tiềm năng gió như đảo Hoàng Sa, đảo Cồn Cỏ…ở những vùng này cách xa đất liền nên việc đưa điện lưới quốc gia gặp nhiều khó khăn Ngoài khơi, vận tốc gió lên gấp rưỡi trên đất liền Thế có nghĩa với vận tốc gió đó, năng lượng điện gió sẽ tăng

2 Mục tiêu nghiên cứu

Việc nghiên cứu xây dựng hệ thống phong điện cấp điện cho huyện đảo Cồn Cỏ- tỉnh Quảng Trị đóng vai trò hết sức quan trọng trong sự phát triển mọi mặt về vật chất cũng như tinh thần của người dân trên đảo

3 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết về năng lượng gió và các mô hình biến đổi năng lượng gió thành điện năng

Thu thập, thống kê số liệu về các thông số đặc trưng của gió vào các tháng trong nhiều năm tại huyện đảo Cồn Cỏ

Xây dựng chương trình phân tích tiềm năng gió của đảo Cồn Cỏ

Xây dựng chương trình mô phỏng các chế độ hoạt động của hệ thống phong điện sau khi lắp đặt trên đảo Cồn Cỏ

4 Tính thực tiễn của đề tài

Từ thực tiễn Cồn Cỏ là một huyện đảo nằm cách xa đất liền chưa được kết nối với điện lưới quốc gia, nguồn điện Diesel nơi đây hoạt động thiếu ổn định, không đủ công suất để đáp ứng nhu cầu phụ tải và chi phí sản xuất điện bằng dầu diesel cao do việc vận chuyển dầu ra đảo khó khăn, tốn kém và giá dầu trên thế giới có xu hướng tăng cao dần theo thời gian

Nội dung luận văn xây dựng chương trình tính toán năng lượng gió bằng ngôn ngữ MATLAB và áp dụng vào phân tích tiềm năng gió của đảo Cồn Cỏ

Từ kết quả thu được tiến hành nghiên cứu xây dựng hệ thống phong điện nhằm khai thác thế mạnh về tiềm năng năng lượng gió tại Còn Cỏ để giải quyết vấn đề thiếu điện của người dân trên đảo

5 Bố cục luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn có 4 chương

Chương 1: Tổng quan hiện trạng hệ thống điện huyện đảo Cồn Cỏ, tỉnh Quảng Trị và nhu cầu xây dựng hệ thống phong điện

Chương 2: Nguyên lý hoạt động của hệ thống phong điện

Chương 3: Khảo sát tiềm năng gió và nghiên cứu xây dựng hệ thống phong điện cấp điện cho huyện đảo Cồn Cỏ

Chương 4: Phân tích chế độ làm việc của hệ thống phong điện cấp điện cho huyện đảo Cồn Cỏ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG ĐIỆN HUYỆN ĐẢO CỒN CỎ, TỈNH QUẢNG TRỊ VÀ NHU CẦU XÂY DỰNG

HỆ THỐNG PHONG ĐIỆN

1.1 Hiện trạng cấp nguồn và lưới điện huyện đảo Cồn Cỏ

1.1.1 Nguồn điện và phụ tải

Hiện nay trạm cấp điện sử dụng 02 máy 100kVA và 01 máy 66kVA Tổng chiều dài đường dây 2.180 m

Tổng số hộ gia đình, cơ quan sử dụng điện: 34

Trong đó:

Bảng 1.1 Bảng điều tra công suất thiết bị sử dụng điện hiện có của huyện đảo

TT Tên Cá nhân/ Cơ quan sử dụng điện Công suất thiết bị điện (kW)

A Nhu cầu phụ tải hộ gia đình

5 Huyện Đội 10,351

+ Số cơ quan sử dụng điện cho mục đích khác: 06

Tổng số công tơ đo đếm hiện nay: 46

1.1.2 Hệ thống lưới điện

Lưới điện trên huyện Đảo Cồn Cỏ được xây dựng tương đối hoàn thiện, đáp ứng cung cấp điện đến toàn hộ dùng điện trên đảo Kết cấu lưới trên không 3pha 4 dây Lưới điện hạ áp với tổng chiều dài 2,18 km (tuyến 1 dài 1,009 km, tuyến 2 dài 1,233 km) bằng cáp vặn xoắn LV/ABC-120mm2

1.2 Tình hình cung cấp điện và kinh doanh điện năng

1.2.1 Công tác vận hành

Từ khi đưa vào hoạt động việc cung cấp điện trên địa bàn huyện luôn được duy trì ổn định Thời gian phát điện bình quân hằng năm tăng dần từ 8 giờ/ ngày(năm 2009) đến nay phát bình quân 17 giờ/ngày (mùa hè phát 19 giờ/ ngày, mùa đông phát 15 giờ/ ngày) [2] Lịch phát cụ thể như sau:

Bảng 1.2 Lịch phát điện của huyện đảo Cồn Cỏ

Số giờ phát điện trong ngày

Thời gian phát điện cụ thể Thời gian

đổi máy

13h30-16h30 17h00 đến 02h00 hôm sau

+ Giá điện sinh hoạt cho hộ gia đình: 2.050 đồng/kWh

+ Giá điện chiếu sáng công cộng: 2.390 đồng/kWh

+ Giá điện đơn vị hành chính sự nghiệp: 3.070 đồng/kWh

+ Giá điện phục vụ sản xuất, kinh doanh, dịch vụ: 3.105 đồng/kWh

Từ tháng 4 năm 2015 đến nay giá bán điện được thực hiện theo quyết định số 665/QĐ-UBND ngày 7/4/2015 của UBND tỉnh Quảng Trị như sau:

+ Giá bán lẻ điện cho các ngành sản xuất: 1.518 đồng/kWh

+ Giá bán lẻ điện cho các khối hành chính sự nghiệp:

Bệnh viện, trường học: 1.557 đồng/kWh

Đơn vị HCSN, chiếu sáng công cộng: 1.671 đồng/kWh

+ Giá bán lẻ điện cho kinh doanh: 2.320 đồng/kWh

+ Giá bán lẻ điện cho sinh hoạt:

Bậc 1: cho kWh từ 0 đến 50: 1.484 đồng/kWh

Bậc 2: cho kWh từ 51 đến 100: 1.533 đồng/kWh Bậc 3: cho kWh từ 101 đến 200: 1.786 đồng/kWh Bậc 4: cho kWh từ 201 đến 300: 2.242 đồng/kWh Bậc 5: cho kWh từ 301 đến 400: 2.503 đồng/kWh Bậc 6: cho kWh từ 401 trở lên: 2.587 đồng/kWh

1.2.2.2 Sản lượng điện thương phẩm theo từng nhóm khác hàng, chi phí hoạt động, doanh thu những năm gần đây[2]

Năm 2013:

- Tổng thời gian phát: 3.721,7 giờ

- Tổng lượng điện tiêu thụ: 78.714 kWh

Trong đó:

+ Các cơ quan hành chính: 45.729 kWh

+ Điện chiếu sáng công cộng: 1.408 kWh

+ Điện sinh hoạt hộ gia đình: 3.266 kWh

+ Điện sản xuất kinh doanh: 28.321 kWh

- Tổng chi phí hoạt động của trạm cấp điện trong năm: 1.080.788.485 đồng

- Doanh thu: 238.385.585 đồng

- Cân đối thu –chi: 238.385.585 - 1.080.788.485= -842.402.900 đồng

Năm 2014:

- Tổng thời gian phát: 5.064 giờ

- Tổng lượng điện tiêu thụ: 114.930 kWh

Trong đó:

+ Các cơ quan hành chính: 68.261 kWh

+ Điện chiếu sáng công cộng: 3.946 kWh

+ Điện sinh hoạt hộ gia đình: 4.246 kWh

+ Điện sản xuất kinh doanh: 38.459 kWh

- Tổng chi phí hoạt động của trạm cấp điện trong năm: 1.231.175.000 đồng

- Doanh thu: 348.649.080 đồng

- Cân đối thu –chi: 348.649.080 - 1.231.175.000 = -882.525.920 đồng

Năm 2015:

- Tổng thời gian phát: 5.860 giờ

- Tổng lượng điện tiêu thụ: 162.783 kWh

Trong đó:

+ Các cơ quan hành chính: 85.252 kWh

+ Điện chiếu sáng công cộng: 11.128 kWh

+ Điện sinh hoạt hộ gia đình: 11.122 kWh

+ Điện sản xuất kinh doanh: 55.281 kWh

- Tổng chi phí hoạt động của trạm cấp điện trong năm: 1.412.256.791 đồng

- Doanh thu: 352.762.658 đồng

- Cân đối thu –chi: 352.762.658 -1.412.256.791 = -1.059.494.133 đồng

Năm 2016:

- Tổng thời gian phát: 6.038 giờ

- Tổng lượng điện tiêu thụ: 178.121 kWh

Trong đó:

+ Các cơ quan hành chính: 90.614 kWh

+ Điện chiếu sáng công cộng: 7.320 kWh

+ Điện sinh hoạt hộ gia đình: 15.850 kWh

+ Điện sản xuất kinh doanh: 64.337 kWh

- Tổng chi phí hoạt động của trạm cấp điện trong năm: 1.160.366.000 đồng

1.3 Tính tất yếu của việc phát triển năng lượng gió

Năng lượng gió là nguồn năng lượng dồi dào và phong phú, được ưu tiên đầu tư phát triển ở các nước trên thế giới trong đó có Việt Nam Năng lượng gió

là nguồn năng lượng sạch và có tiềm năng lớn Ngày nay công nghệ điện gió phát triển mạnh và có sự cạnh tranh lớn, trong tương lai sẽ chiếm một phần lớn trong thị trường năng lượng điện của thế giới Xuất phát từ nhu cầu về năng lượng toàn cầu, các tiến bộ khoa học và công nghệ, cũng như các ưu đãi của chính phủ các nước trên thế giới đang mở rộng cánh cửa cho năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng gió nói riêng Ở nhiều nước trên thế giới, năng lượng gió có khả năng cung cấp một nguồn năng lượng rất lớn và đóng góp đáng kể trong việc giảm rủi ro trong danh mục đầu tư của ngành năng lượng Chính sách hiện nay của các quốc gia trên thế giới tạo ra một động lực mới cho sự phát triển của năng lượng gió, nhằm giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch trong ngành sản xuất điện

Một vài thập kỷ trở lại đây năng lượng gió đang là nguồn năng lượng có tốc độ phát triển nhanh nhất trong các nguồn năng lượng Tốc độ tăng trưởng

trung bình hàng năm đối với việc lắp đặt tua-bin gió là khoảng 30% trong 10 năm qua [1, 2] Vào cuối năm 2014, công suất phát điện của các nhà máy điện gió toàn cầu tăng lên đến 369.553 MW từ 47.620 MW vào năm 2004 (Hình 1) Đến cuối năm 2020, dự kiến con số này sẽ tăng lên hơn 1.260.000 MW, đủ cho 12% tiêu thụ điện của thế giới [3, 4] Các quốc gia có tổng công suất lắp đặt cao nhất là Đức (20.622 MW), Tây Ban Nha (11.615 MW), Mỹ (11.603 MW), Ấn

Độ (6270 MW) và Đan Mạch (3136 MW) Theo như báo cáo Hội đồng năng lượng gió toàn cầu, châu Âu tiếp tục dẫn đầu thị trường với 48.545 MW của công suất lắp đặt vào cuối năm 2006, bằng với 65% của thế giới [4]

Các hiệp hội năng lượng gió châu Âu cũng đặt mục tiêu đáp ứng 23% nhu cầu về điện của châu Âu bằng năng lượng gió vào năm 2030 Những con số đó

đã chỉ ra rằng, thị trường toàn cầu cho năng lượng điện được sản xuất bởi máy phát điện tuabin gió đã tăng trưởng đều đặn, gián tiếp thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ điện-gió, qua đó tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường điện

Hình 1.1 Công suất đặt của điện gió toàn thế giới 1997 - 2014

1.4 Tình hình sử dụng năng lượng gió ở Việt Nam

Nước ta có hai nhà máy điện gió lớn ở Bạc Liêu và ở Bình Thuận

Ở tỉnh Bình thuận dự án đầu tiên là Dự án Nhà máy điện gió Tuy Phong, đặt tại xã Bình Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận do Công ty cổ phần Năng lượng tái tạo Việt Nam (REVN) đầu tư được triển khai đầu tiên và đi vào

hoạt động từ ngày 18/4/2012 Theo kế hoạch, giai đoạn 2 của dự án xây dựng và lắp đặt 60 trụ điện gió (hay tuabin), sẽ nâng tổng công suất của toàn bộ Nhà máy Phong điện Tuy Phong lên 120 MW

Sau dự án Tuy Phong, dự án điện gió ở đảo Phú Quý với 3 tuabin, tổng công suất 6 MW đã lắp đặt xong và thử vận hành an toàn, góp phần giải quyết tình trạng thiếu điện sinh hoạt và sản xuất cho 33.000 dân trên đảo và giảm chi phí sản xuất điện do giảm thời gian vận hành của nhà máy điện Diesel

Ngoài ra, cũng ở Bình Thuận, một dự án điện gió tại xã Hòa Thắng, huyện Bắc Bình cũng trong giai đoạn thi công và một số dự án khác đang chuẩn

Ngày 29 - 5 - 2013, 10 tuabin điện gió đầu tiên có công suất 16 MW, sản lượng điện năng khoảng 56 triệu kWh/năm của nhà máy điện gió Bạc Liêu đã hòa lưới điện quốc gia

Nhà máy điện gió Bạc Liêu được đặt dọc theo đê Biển Đông, kéo dài từ phường Nhà Mát đến ranh giới tỉnh Sóc Trăng và chiểm tổng diện tích gần 500

ha Khi hoàn thành toàn bộ, nhà máy sẽ có tổng công suất là 99,2 MW, dự kiến mỗi năm phát lên lưới điện quốc gia khoảng 320 triệu kWh

Sau đó Ngày 9.2, Công ty TNHH Công Lý khởi động xây dựng các trụ móng tuabin điện gió dọc theo tuyến ven biển xã Vĩnh Trạch Đông và xã Hiệp Thành (TP Bạc Liêu) để tiến tới lắp đặt 52 bộ tuabin trị giá gần 2.000 tỷ đồng được nhập khẩu về từ Mỹ

Toàn bộ tuabin điện gió được sản xuất với cấu tạo thép đặc biệt không gỉ, cao 80 m, đường kính 4 m, nặng trên 200 tấn, cánh quạt bằng nhựa đặc biệt dài

42 m, có hệ thống điều khiển tự gập lại để tránh hư hỏng khi bão lớn

Với đường bờ biển hơn 3000 km Việt Nam có tiềm năng điện gió khá dồi dào để khai khác và phát triển

Cùng với sự phát triển nền kinh tế đất nước, nhu cầu cung cấp điện năng ngày càng lớn Và điện gió đang được kỳ vọng như là một trong những nguồn điện của tương lai, xếp hàng sau điện hạt nhân nhưng đứng trước các nguồn điện dùng năng lượng tái tạo như điện mặt trời, điện sinh khối v.v

Chính phủ, trong Tổng sơ đồ điện VII, đã đưa ra mục tiêu nâng tổng công suất nguồn điện gió từ mức không đáng kể hiện nay lên khoảng 1.000 MW (tương đương công suất 1 lò phản ứng hạt nhân) vào năm 2020, và khoảng 6.200

MW (tương đương công suất 6 lò phản ứng hạt nhân) vào năm 2030; tức điện năng sản xuất từ nguồn điện gió sẽ chiếm tỷ trọng từ 0,7% năm 2020 lên 2,4% vào năm 2030

Mục tiêu đó so với nhu cầu còn khiêm tốn, nhưng thực hiện cũng hoàn toàn không dễ, nếu tính đến những yếu điểm về công nghệ, về tính kinh tế và cả

về mặt tác động môi trường của loại điện năng này Để đạt các chỉ tiêu trong Tổng sơ đồ điện VII không thể thiếu những biện pháp đòn bẫy, trước hết là một

loạt chính sách đầu tư và khuyến khích của nhà nước

1.5 Nhu cầu xây dựng hệ thống phong điện cho huyện đảo Cồn Cỏ

1.5.1 Chỉ tiêu cấp điện

Huyện đảo Cồn Cỏ được thành lập theo nghị định 174/2004/NĐ-CP ngày

01 tháng 10 năm 2004 Theo quy hoạch phát triển kinh tế -xã hội huyện đảo Cồn

Cỏ , đến năm 2020 dân số thường xuyên lên đảo dự kiến khoảng 600 người, tính luôn dân cư vãng lai sẽ lên đến 1000 người Do vậy việc đầu tư cơ sở hạ tầng và thực hiện cấp điện cho huyện đảo là vô cùng cấp thiết để hướng tới mục tiêu xây dựng đảo Cồn Cỏ thực sự thành một địa bàn phát triển kinh tế - xã hội Phụ tải điện chủ yếu là sinh hoạt, chiếu sáng và một số phụ tải phục vụ cho các công trình công cộng an ninh quốc phòng

1.5.2 Lựa chọn nguồn điện

Huyện đảo Cồn Cỏ cách đất liền 19 hải lý cho nên việc cung cấp điện từ

đất liền ra đảo là rất khó khăn và tốn kém nhưng với tốc độ gió trung bình khoảng 4,1m/s lớn hơn ở Côn Đảo (2,6m/s), Phú Quốc (2,9m/s)

Các chuyên gia về môi trường cho biết, khác với sản xuất điện bằng dàu diesel như hiện nay tại Cồn Cỏ, sử dụng điện gió không ảnh hưởng đến môi trường và giảm hiệu ứng khí thải CO2, phù hợp với hướng phát triển du lịch sinh thái của huyện đảo Cồn Cỏ Đồng thời tháp gió tạo cảnh quan đẹp, lôi cuốn khách du lịch đến đảo tham quan và là giải pháp an toàn cho tàu thuyền đi lại vào ban đêm, khi trên tháp gió được lắp đặt ngọn đèn biển và về lâu về dài giá bán điện gió có thể ổn định và hoàn toàn có thể cạnh tranh với điện diesel

Vị trí lắp đặt phải thuận lợi về nhiều mặt, như đặt gần hệ thống giao thông, cảng và các khu công nghiệp trong vùng

1.6 Kết luận

Trước tình hình các nguồn năng lượng truyền ngày càng khan hiếm, việc sử dụng các nguồn năng lượng này thường gây ô nhiễm môi trường rất là lớn do số lượng khí thải CO2 sau khi sản suất điện ra môi trường rất là lớn, điều này gây lên hiệu ứng nhà kính, sự nóng lên toàn cầu, sự biến đổi khí hậu gây ra lũ lụt, hạn hán ở rất nhiều nơi trên trái đất gây khó khăn cho cuộc sống của con người và phát triển kinh tế- xã hội Vì vậy, chúng ta luôn nghiên cứu tìm ra những nguồn năng lượng mới có khả năng tái tạo, sử dụng lâu dài, ít gây ô nhiễm môi trường thay thế, giảm sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng truyền thống Trong các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng điện gió có tiềm năng rất lớn, đang được các quốc gia trên thế giới quan tâm, nghiên cứu, phát triển, sử dụng nguồn năng lượng này góp phần giải quyết vấn

đề thiếu hụt năng lượng để phát triển kinh tế- xã hội Năng lượng điện gió sản suất ra không chỉ được sử dụng trong khu vực mà còn được kết nối lưới điện để truyền tải đi

xa đến những nơi thiếu năng lượng điện để sản xuất, phát triển Việc nghiên cứu xây dựng hệ thống phong điện cấp điện cho huyện đảo Cồn Cỏ- tỉnh Quảng Trị đóng vai trò hết sức quan trọng trong sự phát triển mọi mặt về vật chất cũng như tinh thần của người dân trên đảo

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA

HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIÓ 2.1 Năng lượng gió

Xem xét một khối không khí có khối lượng m chuyển động với vận tốc V Động năng của nó E được cho bởi

m

A v

2

1 2

E mV [J] (2.1)

Với :

m: là lưu lượng theo khối lượng của khối khí:

Nếu:

P = Công suất gió(W)

A = diện tích quét bởi cánh tuabin (m2)

ρ = mật độ không khí (kg/m3)

V: Tốc độ của gió (m/s)

Ta có lưu lượng gió = AV, và m = ρAV

Do đó, công suất gió tính bởi công thức:

1 [W / ] 2

Từ công thức có thể rút ra một kết luận quan trọng là năng lượng gió sẽ tỷ

lệ với lũy thừa bậc 3 của tốc độ gió Ví dụ nếu tốc độ gió tăng gấp đôi, công suất gió sẽ tăng gấp 8 lần

Ngoài ra, trong công thức trên, công suất gió tỷ lệ thuận với diện tích quét bởi cánh tuabin

Với tuabin gió trục ngang:

2( / 4)

A  D (2.4) Như vậy, công suất gió tỷ lệ với bình phương đường kính cánh tuabin Với tuabin gió trục đứng, có thể tính gần đúng:

A=(2/3)DH (2.5) Trong đó D là chiều rộng lớn nhất của cánh tuabin và H là chiều cao của cánh tuabin như hình:

a) Tuabin gió trục ngang b) Tuabin gió trục đứng

Hình 2.1 Tính diện tích quét bởi cánh tuabin

Đồ thị Hình 2.2 cho thấy mối tương quan giữa vận tốc gió và năng lượng của gió [5]

Hình 2.2 Đồ thị mối tương quan giữa công suất và vận tốc gió

2.2 Đường cong công suất của tuabin gió

Hình 2.3 Mối tương quan giữa công suất với vận tốc gió

Một trong những nhân tố chính ảnh hưởng đến sự thực hiện một hệ thống chuyển đổi năng lượng gió là công suất đáp ứng của nó với những vận tốc gió khác nhau Điều này thông thường được cho bởi đường cong công suất của

tuabin Đường cong công suất phản ánh khả năng khí động học của máy phát, khả năng chuyển đổi công suất và những ảnh hưởng phát sinh trong hệ thống năng lượng

2.3 Cấu tạo của tuabin gió

Tuabin gió là một hệ thống có tác dụng chuyển đổi động năng của gió thành năng lượng hay cơ quan năng lượng điện

Hình 2.4 Cấu tạo tuabin gió

2.3.1 Các bộ phận chính trong tuabin gió (trục ngang)

1 Blades: Cánh quạt Gió thổi qua các cánh quạt và là nguyên nhân làm cho các cánh quạt chuyển động và quay

2 Rotor: Bao gồm các cánh quạt và trục

3 Pitch: Bước răng Cánh được xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho rotor quay trong gió không quá cao hay quá thấp để tạo ra điện

4 Brake: Bộ hãm (phanh) Dùng để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấp bằng điện, bằng sức nước hoặc bằng động cơ

5 Low – speed shaft: Trục quay tốc độ thấp

6 Gear box: Hộp số Bánh răng được nối với trục có tốc độ thấp với trục

có tốc độ cao và tăng tốc độ quay từ 30 đến 60 vòng/ phút lên 1200 đến 1500 vòng/ phút, tốc độ quay là yêu cầu của hầu hết các máy phát điện sản xuất ra điện Bộ bánh răng này rất đắt tiền nó là một phần của bộ động cơ và tuabin gió

7 Generator: Chuyển đổi momen quay nhận được từ cánh rotor thành điện năng

8 Controller: Khởi động động cơ ở tốc độ gió hoặc dừng động cơ

9 Anemometer: Đo tốc độ gió, truyền tín hiệu về hệ thống điều khiển, thường sử dụng thiết bị đo gió kỹ thuật số

10 Wind vane: Để xử lý hướng gió và liên lạc với “yaw drive” để định hướng tuabin gió

11 Nacelle: Vỏ Bao gồm rotor và vỏ bọc ngoài, toàn bộ được dặt trên đỉnh trụ và bao gồm các phần: gear box, low and high – speed shafts, generator, controller, and brake Vỏ bọc ngoài dùng bảo vệ các thành phần bên trong vỏ Một số vỏ phải đủ rộng để một kỹ thuật viên có thể đứng bên trong trong khi làm việc

12 High – speed shaft: Trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao

13 Yaw drive: Dùng để giữ cho rotor luôn luôn hướng về hướng gió chính khi có sự thay đổi hướng gió

14 Yaw motor: Động cơ cung cấp cho “yaw drive” định được hướng gió

15 Tower: Trụ đỡ Nacelle Được làm bằng thép hình trụ hoặc thanh dằn bằng thép Bởi vì tốc độ gió tăng lên nếu trụ càng cao, trụ đỡ cao hơn để thu được năng lượng gió nhiều hơn và phát ra điện nhiều hơn

2.3.2 Các loại tuabin gió

Tuabin gió lấy công suất từ động năng của gió qua rotor của tuabin bao gồm

2 hoặc nhiều cánh quạt gắn vào một máy phát điện Tuabin gió được gắn trên một tháp hoặc trụ cao để tăng cường khả năng lấy năng lượng từ gió Wind farm bao gồm nhiều tuabin gió được lắp đặt trên một vùng đất và ngõ ra điện của các tuabin được ghép với nhau để đưa ra công suất điện như thiết kế

Có hai loại tuabin gió: tuabin trục ngang (horizontal axis wind turbine - HAWT) hiện duợc sử dụng nhiều nhất, và tuabin trục đứng (vertical axis wind turbine - VAWT) Loại tuabin trục ngang (hình 2.5) là thiết kế tiêu chuẩn tại Ðan Mạch từ những ngày đầu của công nghiệp năng lượng gió, nên còn được gọi là Danish wind turbine Loại tuabin trục đứng (hình 2.6) còn gọi là Darieus wind turbine, theo tên của nhà phát minh ra loại tuabin này Trừ thiết kế rotor khác nhau, hai loại tuabin này hầu như có thiết kế như nhau cho các phần còn lại Ưu điểm chính của tuabin trục đứng là không cần điều khiển để hướng tuabin theo chiều gió như loại tuabin trục ngang Một ưu điểm nữa là thân tuabin (nacelle) – phần chứa máy phát, bộ truyền (gear box) và các phần cơ khí khác – nằm ở trên mặt đất, khác với tuabin trục ngang có phần này nằm trên đỉnh tháp tuabin (tubine tower), nên dễ bảo trì hơn loại tuabin trục ngang Cánh tuabin trục đứng do chỉ quay quanh phương thẳng đứng nên không chịu lực uốn, nên có cấu tạo đơn giản hơn và rẻ hơn cánh tuabin trục ngang

Hình 2.5 Tuabin gió trục ngang Hình 2.6 Tuabin gió trục dứng

Tuy nhiên, khuyết điểm lớn nhất của tuabin trục đứng là cánh tuabin của loại này hoạt động gần mặt đất, nơi có tốc độ gió không cao Phần sau ta sẽ thấy rằng công suất gió tỉ lệ với luỹ thừa bậc 3 của tốc độ gió, nên việc hoạt động ở nơi tốc độ gió thấp sẽ làm giảm đáng kể công suất ra của tuabin Ngoài ra, với tốc độ gió thấp, tuabin trục đứng nhận được momen khởi động rất nhỏ, trong khi với tốc độ gió cao, tuabin trục đứng lại khó chỉnh cánh tuabin (như kiểu điều khiển góc nghiêng – pitch control – của tuabin trục ngang) để giảm công suất gió nhận được nhằm bảo vệ máy phát của tuabin

Với tuabin trục ngang, số lượng cánh tuabin quyết định tốc độ làm việc của tuabin: tuabin có nhiều cánh sẽ hoạt động với tốc độ thấp hơn nhiều loại tuabin có ít cánh Ðó là do khi tuabin chuyển động, dòng xoáy của khí do một cánh tuabin tạo ra sẽ ảnh huởng lên cánh tuabin kế tiếp, làm giảm hiệu suất của tuabin Với số lượng cánh ít, tuabin có thể quay nhanh hơn do hiệu ứng dòng xoáy này giảm di Tuabin tốc độ cao sẽ có khối lượng giảm đi do bộ truyền nhỏ hơn và máy phát hoạt động với tốc độ cao sẽ có kích thuớc nhỏ hơn Do dó, phần lớn các tuabin hiện đại ở Châu Âu thường là loại 3 cánh (three-bladed turbine), trong khi Mỹ có khuynh hướng sử dụng loại tuabin 2 cánh (twobladed

turnine) Tuabin 3 cánh hoạt động êm hơn loại 2 cánh, tuy nhiên có khối lượng lớn hơn và giá thành cao hơn loại 2 cánh

2.4 Máy phát trong hệ thống tuabin gió

Đây là hệ thống chuyển đổi năng lượng cơ thành điện năng Các loại máy phát có thể sử dụng như : Máy điện một chiều, máy điện xoay chiều đồng bộ, máy điện xoay chiều không đồng bộ,… Do các đặc tính vượt trội nên hiện nay

đa số sử dụng máy điện xoay chiều làm máy phát cho hệ biến đổi năng lượng gió thành điện năng…

2.4.1 Máy phát đồng bộ

Máy đồng bộ đơn giản hóa gồm cuộn dây phần ứng nằm trên stato, còn cuộn kích từ nằm trên rotor Dây quấn kích từ được cấp điện một chiều DC qua chổi than và vành trượt Dây quấn phần ứng được nối ra ngoài lưới xoay chiều 3 pha Trục của rotor được nối với tuabin gió thông qua hộp số

Máy phát đồng bộ có thể dung kích từ nam châm vĩnh cửu hay dùng cuộn dây kích từ Các máy điện đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy thủy điện Trong trường hợp này tần số của máy phát có liên quan trực tiếp đến tốc độ của nó và cũng cần phải có dòng điện một chiều để kích thích từ trường rotor

qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài Khi máy làm việc bình thường dây quấn rotor được nối ngắn mạch

Máy điện không đồng bộ rotor lồng sóc dây quấn rotor gồm các thanh nhôm dẫn đúc nằm trong rãnh, các thanh dẫn này được nối ngắn mạch hai đầu bằng các vòng ngắn mạch

Các máy điện không đồng bộ có thể loại bỏ những nhược điểm của cả máy điện một chiều và máy điện đồng bộ Vì vậy, có thể làm việc một cách tin cậy với giá thành và chi phí bảo dưỡng thấp Hơn nữa các máy điện không đồng

bộ rotor dây quấn có thể điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở rotor hoặc đưa thêm hay thu hồi công suất Các máy điện không đồng bộ rotor dây

quấn như vậy được gọi là máy không đồng bộ nguồn kép (doubly fed induction machine - DFIM) Chính vì lý do này, việc nghiên cứu các máy điện không đồng

bộ làm việc với các hệ thống biến đổi năng lượng gió công suất lớn thường là các máy điện không đồng bộ trong các hệ thống biến đổi năng lượng gió với dạng đặc biệt của chúng, các máy phát không đồng bộ kích từ kép (doubly fed induction generator- DFIG)

2.5 Các cách thức hoạt động của tuabin gió

2.5.1 Tuabin gió tốc độ cố định

Đối với loại tuabin có tốc độ không đổi, máy phát điện là máy phát điện không đồng bộ phát điện trực tiếp lên lưới, tốc độ quyết định bởi hộp số và số đôi cực của máy phát Điện áp, dòng điện sinh ra qua bộ lọc, qua máy biến áp trước khi được phát lên lưới (Hình 2.7)

Hình 2.7 Tuabin gió tốc độ không đổi với máy phát điện không đồng bộ

Hệ thống điện gió có tần số cố định với tần số lưới và không điều khiển được, hệ thống này được nhiều nhà chế tạo Đan Mạch sản xuất vào những năm 1980-1990 Do không điều khiển được nên khi tốc độ gió thay đổi thì công suất của hệ thống điện gió thay đổi khi kết nối với lưới có thể làm ảnh hưởng tới chất lượng điện năng của hệ thống lưới

2.5.2 Tuabin gió tốc độ thay đổi

Hệ thống gồm tuabin gió kết nối với lưới thông qua bộ điều khiển công suất nối với stator của máy phát (Hình 2.8), máy phát có thể là máy phát không đồng bộ rotor lồng sốc hoặc là máy phát đồng bộ

Hình 2.8 Tuabin gió có tốc độ thay đổi với máy phát đồng bộ

Ưu điểm của tuabin này là có khả năng điều khiển công suất của tuabin, dòng điện, điện áp đầu ra ổn định hơn so với tuabin có tốc độ cố định Do vậy chất lượng điện năng tốt hơn Đối với máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu có khi không cần hộp số khi được chế tạo số đôi cực thích hợp

2.5.3 Tuabin gió máy điện cảm ứng kích từ kép

Hệ thống gồm tuabin gió với máy phát điện không đồng bộ nguồn kép Máy phát điện là loại rotor dây quấn, stator nối trực tiếp với lưới, rotor nối với lưới thông qua bộ biến đổi công suất (Hình 2.9)

Hình 2.9 Tuabin gió tốc độ thay đổi với máy phát điện không đồng bộ nguồn kép

Với máy phát điện nguồn kép rotor và stator đều có thể phát công suất Khi máy ở chế độ phát công suất thì tổng công suất phát lên lưới gồm công suất của rotor và stator (Hình 2.10), công suất cơ nhận từ năng lượng gió,

a)   0

b)   0

Hình 2.10 Hướng công suất của máy phát điện không đồng bộ nguồn kép

Tổng công suất phát lên lưới của máy phát không đồng bộ nguồn kép sẽ là:

rotor stator

Theo hình 2.10, chế độ làm việc của máy phát phụ thuộc vào điều kiện vận hành tốc độ của máy phát dưới tốc độ đồng bộ hay trên tốc độ đồng bộ tương ứng với công suất rotor sẽ nhận hay phát công suất từ lưới

Ta có công suất của rotor tỉ lệ với độ trượt

Và hệ số trượt s được xác định như sau:

stator

rotor stator

Trong đó stator, rotortốc độ của stator và rotor

Trường hợp 1: máy phát vận hành dưới tốc độ đồng bộ

s > 0 Protor < 0 : rotor tiêu thụ công suất từ lưới

Trường hợp 2: máy phát vận hành trên tốc độ đồng bộ

s < 0 Protor > 0 : rotor phát công suất lên lưới

2.5.4 Bộ chuyển đổi công suất trong hệ thống điện gió

Hình 2.11 Sơ đồ hệ thống điện gió khi kết nối với lưới điện

Trong hình 2.11, ta thấy hệ thống điện gió khi kết nối với hệ thống lưới thông qua bộ biến đổi công suất Bộ biến đổi công suất gồm có gồm có bộ chỉnh lưu AC- DC, bộ nghịch lưu DC- AC, hệ thống quản lý và điều khiển

- Bộ chỉnh lưu AC- DC: do hệ thống điện gió có công suất thay đổi khi tốc

độ gió thay đổi, nhiệm vụ của bộ này chỉnh lưu từ dòng, điện áp AC không ổn định thành dòng, áp DC, đầu ra của bộ này nối với một bộ tụ để lọc tín hiệu DC được phẳng

- Bộ nghịch lưu DC- AC: nhiệm vụ của bộ này nghịch lưu dòng, áp DC thành dòng áp AC mong muốn

- Hệ thống quản lý và điều khiển: kiểm soát và điều khiển các khóa đóng ngắt sao cho thích hợp

Chức năng của bộ chỉnh lưu AC-DC:

Hình 2.12 Sơ đồ chức năng của bộ chỉnh lưu

Bộ chỉnh lưu AC-DC có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều, quá trình biến đổi này được đặc trưng bởi các thông số như trị số trung bình, trị số hiệu dụng điện áp tải (điện áp chỉnh lưu) Vdc, Vrms, trị số trung bình và trị số hiệu dụng dòng điện tải (dòng chỉnh lưu) Idc, Irms Các đại lượng này có thể xác định dựa vào giản đồ điện áp, dòng điện tải của bộ chỉnh lưu và phụ thuộc vào các dạng của các bộ chỉnh lưu

dc rms

Ngoài ra, còn các đại lượng như hệ sợ méo dạng, hệ số nhấp nhô, hệ số biến áp cũng có thể dùng để đánh giá chất lượng của bộ chỉnh lưu Sau bộ chỉnh lưu AC - DC có bộ lọc, có công dụng lọc để có chất lượng dòng điện DC mong muốn

1 ,I ,f U

2 2

2 ,I ,f U

U1, l1, f1= 0 Hz U2rms = var, l2, f2 = var Hz

Ngõ vào DC Ngõ ra AC

Hình 2.13 Sơ đồ chức năng của bộ nghịch lưu

Điện áp ngõ ra được điều khiển bằng cách thay đổi điện áp DC ngõ vào

và giữ nguyên độ khuếch đại của biến tần hoặc thay đổi độ khuếch đại của biến tần nếu không điều khiển điện áp DC ngõ vào Mạch công suất của bộ nghich lưu là các transistor công suất BJT, MOSFET cho những ứng dụng công suất nhỏ và IGBT, GTO cho những ứng dụng công suất lớn

Điện áp ngõ ra không có dạng sin chuẩn và chứa các sóng hài bậc cao gây ảnh hưởng không tốt tải và nguồn Vì vậy phải có những biện pháp chống nhiễu như sử dụng bộ lọc, đặt bộ nghịch lưu trong tủ kim loại, hay sử dụng cáp bọc

Thành phần hài bậc cao có thể loại bỏ nhờ các phương pháp đóng điều khiển đóng ngắt các khóa công suất Ví dụ như các phương pháp điều chế độ rộng xung PWM, SINPWM, vector không gian

Lợi ích của bộ biến đổi công suất

Bộ biến đổi công suất cho phép máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép DIFG làm việc trong cả 4 phần của mặt phẳng phức PQ, nghĩa là máy phát DIFG có thể nhận và phát công suất kháng lên lưới (Điều này khác với máy phát điện thông thường) và có khả năng điều khiển công suất kháng tiêu thụ hay phát công suất kháng lên lưới

- Có thể hoàn toàn kích từ DIFG thông qua mạch rotor và độc lập với lưới

- Khả năng điều khiển công suất phản kháng và công suất tác dụng cũng như môment, tốc độ máy phát hoặc điều khiển hệ số công suất đầu cực stator

2.6 Kết luận

Công suất gió có thể được sử dụng thông qua một tuabin gió để phát điện, nhỏ hơn rất nhiều so với năng lượng của luồng gió vì vận tốc của gió ở phía sau

một tuabin không thể giảm xuống bằng không Trên lý thuyết chỉ có thể lấy tối

đa là 59,3% năng lượng tồn tại trong luồng gió Công suất dự trữ năng lượng điện gió phụ thuộc vào dự báo gió, khả năng điều chỉnh của mạng lưới và nhu cầu dùng điện của tải tiêu thụ Chương sau ta sẽ nghiên cứu kỹ hơn về hiệu suất chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng của máy phát điện gió

CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT TIỀM NĂNG GIÓ VÀ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG

HỆ THỐNG PHONG ĐIỆN CẤP ĐIỆN CHO ĐẢO CỒN CỎ

3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến mật độ không khí

Mật độ không khí ρ thay dổi theo nhiệt độ và áp suất theo công thức:

p RT

  (3.1) Trong đó:

Bảng 3.1 Mật độ không khí ở 1atm với các nhiệt độ khác nhau

Nhiệt độ ( o C)

Mật độ không khí(kg/m 3 )