1. Khái niệm năng lượng tái tạoTrong cách nói thông thường, năng lượng tái tạo được hiểu là những nguồn năng lượng hay những phương pháp khai thác năng lượng mà nếu đo bằng các chuẩn mực của con người thì là vô hạn. Vô hạn có hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụ như năng lượng Mặt Trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối) trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất.Theo ý nghĩa về vật lý, năng lượng không được tái tạo mà trước tiên là do Mặt Trời mang lại và được biến đổi thành các dạng năng lượng hay các vật mang năng lượng khác nhau. Tùy theo trường hợp mà năng lượng này được sử dụng ngay tức khắc hay được tạm thời dự trữ.Việc sử dụng khái niệm tái tạo theo cách nói thông thường là dùng để chỉ đến các chu kỳ tái tạo mà đối với con người là ngắn đi rất nhiều (thí dụ như khí sinh học so với năng lượng hóa thạch). Trong cảm giác về thời gian của con người thì Mặt Trời sẽ còn là một nguồn cung cấp năng lượng trong một thời gian gần như là vô tận. Mặt Trời cũng là nguồn cung cấp năng lượng liên tục cho nhiều quy trình diễn tiến trong bầu sinh quyển Trái Đất. Những quy trình này có thể cung cấp năng lượng cho con người và cũng mang lại những cái gọi là nguyên liệu tái tăng trưởng. Luồng gió thổi, dòng nước chảy và nhiệt lượng của Mặt Trời đã được con người sử dụng trong quá khứ. Quan trọng nhất trong thời đại công nghiệp là sức nước nhìn theo phương diện sử dụng kỹ thuật và theo phương diện phí tổn sinh thái.Ngược lại với việc sử dụng các quy trình này là việc khai thác các nguồn năng lượng như than đá hay dầu mỏ, những nguồn năng lượng mà ngày nay được tiêu dùng nhanh hơn là được tạo ra rất nhiều. Theo ý nghĩa của định nghĩa tồn tại vô tận thì phản ứng tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch), khi có thể thực hiện trên bình diện kỹ thuật, và phản ứng phân rã hạt nhân (phản ứng phân hạch) với các lò phản ứng tái sinh (breeder reactor), khi năng lượng hao tốn lúc khai thác uranium hay thorium có thể được giữ ở mức thấp, đều là những nguồn năng lượng tái tạo mặc dù là thường thì chúng không được tính vào loại năng lượng này.Trước khi khai thác than vào giữa thế kỷ XIX, gần như tất cả các nguồn năng lượng con người sử dụng là năng lượng tái tạo. Hầu như không có một nghi ngờ việc sử dụng năng lượng tái tạo lâu đời nhất được biết đến, ở dạng sinh khối truyền thống nhiên liệu cháy, có từ 790.000 năm trước đây. Sử dụng sinh khối để đốt đã không trở nên phổ biến cho đến khi hàng trăm hàng ngàn năm sau đó, vào khoảng 200.000 đến 400.000 năm trướcCó lẽ việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo lâu đời thứ hai là khai thác gió để chạy các tàu buồm. Việc này đã được thực hiện cách nay 7000 năm, của các tàu trên sông Nin.Cho đến năm 1873, những mối quan tâm về cạn kiệt nguồn than đã thúc đẩy việc thí nghiệm sử dụng năng lượng mặt trời. Sự phát triển của các động cơ năng lượng mặt trời vẫn tiếp tục cho đến khi nổ ra chiến tranh thế giới lần thứ nhất. Tầm quan trọng của năng lượng mặt trời được công nhận trong bài báo khoa học Mỹ năm 1911: trong tương lai xa các nguồn nhiên liệu tự nhiên sẽ cạn kiệt năng lượng mặt trời sẽ là phương tiện duy nhất đối với sự tồn tại của nhân loạiLý thuyết về đỉnh dầu được xuất bản năm 1956. Trong thập niên 1970, các nhà môi trường đã thúc đẩy phát triển các nguồn năng lượng tái tạo theo cả hai hướng là thay thế nguồn dầu đang dần cạn, cũng như thoát khỏi sự lệ thuộc vào dầu mỏ, và các tuốc bin gió phát điện đầu tiên ra đời. Năng lượng mặt trời đã được sử dụng từ lâu để nung nóng và làm lạnh, nhưng các tấm pin mặt trời quá đắt để có thể xây dựng những cánh đồng pin năng lượng mặt trời mãi cho đến năm 1980.2. Phân loại năng lượng tái tạo2.1. Năng lượng Mặt TrờiNăng lượng Mặt Trời thu được trên Trái Đất là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời đến Trái Đất. Chúng ta sẽ tiếp tục nhận được dòng năng lượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa.Có thể trực tiếp thu lấy năng lượng này thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng các photon của Mặt Trời thành điện năng, như trong pin Mặt Trời. Năng lượng của các photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển thành nhiệt năng, sử dụng cho bình đun nước Mặt Trời, hoặc làm sôi nước trong các máy nhiệt điện của tháp Mặt Trời, hoặc vận động các hệ thống nhiệt như máy điều hòa Mặt Trời.Năng lượng của các photon có thể được hấp thụ và chuyển hóa thành năng lượng trong các liên kết hóa học của các phản ứng quang hóa.Một phản ứng quang hóa tự nhiên là quá trình quang hợp. Quá trình này được cho là đã từng dự trữ năng lượng Mặt Trời vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch không tái sinh mà các nền công nghiệp của thế kỷ XIX đến XXI đã và đang tận dụng. Nó cũng là quá trình cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sinh học tự nhiên, cho sức kéo gia súc và củi đốt, những nguồn năng lượng sinh học tái tạo truyền thống. Trong tương lai, quá trình này có thể giúp tạo ra nguồn năng lượng tái tạo ở nhiên liệu sinh học, như các nhiên liệu lỏng (diesel sinh học, nhiên liệu từ dầu thực vật), khí (khí đốt sinh học) hay rắn.Năng lượng Mặt Trời cũng được hấp thụ bởi thủy quyển Trái Đất và khí quyển Trái Đất để sinh ra các hiện tượng khí tượng học chứa các dạng dự trữ năng lượng có thể khai thác được. Trái Đất, trong mô hình năng lượng này, gần giống bình đun nước của những động cơ nhiệt đầu tiên, chuyển hóa nhiệt năng hấp thụ từ photon của Mặt Trời, thành động năng của các dòng chảy của nước, hơi nước và không khí, và thay đổi tính chất hóa học và vật lý của các dòng chảy này.Thế năng của nước mưa có thể được dự trữ tại các đập nước và chạy máy phát điện của các công trình thủy điện. Một dạng tận dụng năng lượng dòng chảy sông suối có trước khi thủy điện ra đời là cối xay nước. Dòng chảy của biển cũng có thể làm chuyển động máy phát của nhà máy điện dùng dòng chảy của biển.Dòng chảy của không khí, hay gió, có thể sinh ra điện khi làm quay tuốc bin gió. Trước khi máy phát điện dùng năng lượng gió ra đời, cối xay gió đã được ứng dụng để xay ngũ cốc. Năng lượng gió cũng gây ra chuyển động sóng trên mặt biển. Chuyển động này có thể được tận dụng trong các nhà máy điện dùng sóng biển.Đại dương trên Trái Đất có nhiệt dung riêng lớn hơn không khí và do đó thay đổi nhiệt độ chậm hơn không khí khi hấp thụ cùng nhiệt lượng của Mặt Trời. Đại dương nóng hơn không khí vào ban đêm và lạnh hơn không khí vào ban ngày. Sự chênh lệch nhiệt độ này có thể được khai thác để chạy các động cơ nhiệt trong các nhà máy điện dùng nhiệt lượng của biển.Khi nhiệt năng hấp thụ từ photon của Mặt Trời làm bốc hơi nước biển, một phần năng lượng đó đã được dự trữ trong việc tách muối ra khỏi nước mặn của biển. Nhà máy điện dùng phản ứng nước ngọt nước mặn thu lại phần năng lượng này khi đưa nước ngọt của dòng sông trở về biển.Việt Nam có tiềm năng lớn để phát triển năng lượng mặt trời, đặc biệt là ở miền Trung và miền Nam. Số giờ nắng trung bìnhN 1 khu vực phía Bắc trong khoảng từ 1.500 1.700 giờ nắng mỗi năm. Khu vực miền Trung và miền Nam có số giờ nắng trung bình hằng năm cao hơn, từ 2.000 2.600 giờnăm.Cường độ bức xạ mặt trời trung bình hàng ngày ở phía Bắc là 3,69 kWhm2, ở phía Nam là 5,9 kWhm2. Lượng bức xạ mặt trời phụ thuộc vào lượng mây và bầu khí quyển của từng địa phương. Cường độ bức xạ ở miền Nam thường cao hơn miền Bắc.
Trang 1BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ KHÍ NÔNG NGHIỆP
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN: LĂP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-… ngày…….tháng….năm
………… của……….
Vĩnh Phúc, năm 2021
Trang 3LỜI GIỚI THIỆU
Những năm gần đây, vấn đề năng lượng là một trong những mối quan tâm longại lớn đối với thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Việc nguồn nhiên liệuthô đang dần cạn kiệt do mức độ khai thác và sử dụng quá nhiều cộng với những hệlụy xấu ảnh hưởng đến môi trường do lượng khí thải khi sử dụng nhiên liệu gây ra
và nhiều vấn đề liên quan tới việc an ninh năng lượng của nhiều nước trên thế giớicho nên việc tìm kiếm một nguồn năng lượng mới dồi dào và ít gây ô nhiễm môitrường là nhiệm vụ quan trọng và cần thiết
Tài liệu “Lắp đặt hệ thống điện Năng lượng tái tạo” trang bị cho sinh viênnhững kiến thức cơ bản về: tổng quan về năng lượng trên thếgiới và Việt Nam, các dạng năng lượng tái tạo hiện nay; các công nghệ khaithác; cách tính toán và thiết kế của một số dạng năng lượng tái tạo như mặt trời, gió,Đồng thời giúp người đọc hiểu thêm về tầm quan trọng của năng lượngtái tạo cũng như việc áp dụng nó vào cuộc sống hàng ngày
Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/ môn học củachương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp ở cấp trình độ Cao đẳng nghề, và đượcdùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo
Nội dung của mô đun gồm có 4 bài:
Bài 1: Khái niệm chung về năng lượng tái tạo
Bài 2: Tìm hiểu và khảo sát mô hình hệ thống năng lượng tái tạo
Bài 3: Lắp đặt hệ thống năng lượng tái tạo
Bài 4: Vận hành, đo, kiểm tra các thông số trên hệ thống
Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện hơn Các ý kiến đóng góp xin gửi về khoa Điện, trường Cao đẳng Cơ khí Nông nghiệp
Vĩnh Phúc, ngày 15 tháng 03 năm 2021
Tham gia biên soạn
1 Nguyễn Duy Thanh
2 Nguyễn Trung Tuệ2
Trang 4GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Lắp đặt hệ thống điện năng lượng tái tạo
Mã mô đun: MĐ 20
I VỊ TRÍ TÍNH CHẤT CỦA MÔ ĐUN:
- Vị trí: Mô đun này học sau các môn học/mô đun chuyên môn nghề
Nội dung môđun này trang bị cho sinh viên các kiến thức về Khảo sát, vận hành,lắp đặt hệ thống điện năng lượng tái tạo
- Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề
II MỤC TIÊU MÔ ĐUN:
* Kiến thức:
- Nguyên lý và vật liệu được sử dụng trong quá trình chuyển hóa năng lượng táitạo thành điện năng
- Thiết kế thân thiện với môi trường
- Bảo tồn và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên
- Chỉ tiêu lựa chọn phương thức trong thiết kế
- Phương thức tiếp cận bảo tồn năng lượng
- Lựa chọn sử dụng nguồn năng lượng
- Phân tích giải pháp kỹ thuật cung cấp năng lượng cho một hộ gia đình
* Kỹ năng:
- Vận hành, đo, kiểm tra các thông số trên hệ thống mô phỏng năng lượng tái tạo
- Lắp đặt được hệ thống năng lượng tái tạo đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật
* Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
- Sau khi quá trình lắp đặt hoàn tất sinh viên phải áp dụng các chuẩn năng lựcđạt được để thử nghiệm hệ thống vừa lắp đặt
- Đảm bảo an toàn, rèn luyện tư duy, ý thức tổ chức kỷ luật
Nội dung của mô đun:
T
Thời gian (giờ) T.số LT TH KT
1 Bài 1: Khái niệm chung về năng lượng tái tạo 2 2
2 Bài 2: Tìm hiểu và khảo sát mô hình hệ thống năng lượng
3 Bài 3: Lắp đặt hệ thống năng lượng tái tạo 28 6 20 2
4 Bài 4: Vận hành, đo, kiểm tra các thông số trên hệ thống 8 2 6
Trang 5BÀI 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
Giới thiệu:
Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liêntục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn như năng lượng mặt trời, gió, mưa,thủy triều, sóng và địa nhiệt
Mục tiêu:
- Trình bày được khái niệm về năng lượng tái tạo
- Phân loại được các nguồn năng lượng tái tạo trong tự nhiên
- Rèn luyện tư duy, ý thức tổ chức kỷ luật
Nội dung chính:
1 Khái niệm năng lượng tái tạo
Trong cách nói thông thường, năng lượng tái tạo được hiểu là những nguồnnăng lượng hay những phương pháp khai thác năng lượng mà nếu đo bằng các chuẩnmực của con người thì là vô hạn Vô hạn có hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tạinhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụnhư năng lượng Mặt Trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liêntục (thí dụ như năng lượng sinh khối) trong các quy trình còn diễn tiến trong một thờigian dài trên Trái Đất
Theo ý nghĩa về vật lý, năng lượng không được tái tạo mà trước tiên là do MặtTrời mang lại và được biến đổi thành các dạng năng lượng hay các vật mang nănglượng khác nhau Tùy theo trường hợp mà năng lượng này được sử dụng ngay tứckhắc hay được tạm thời dự trữ
Việc sử dụng khái niệm "tái tạo" theo cách nói thông thường là dùng để chỉ đếncác chu kỳ tái tạo mà đối với con người là ngắn đi rất nhiều (thí dụ như khí sinh học sovới năng lượng hóa thạch) Trong cảm giác về thời gian của con người thì Mặt Trời sẽcòn là một nguồn cung cấp năng lượng trong một thời gian gần như là vô tận Mặt Trờicũng là nguồn cung cấp năng lượng liên tục cho nhiều quy trình diễn tiến trong bầusinh quyển Trái Đất Những quy trình này có thể cung cấp năng lượng cho con người
và cũng mang lại những cái gọi là nguyên liệu tái tăng trưởng Luồng gió thổi, dòngnước chảy và nhiệt lượng của Mặt Trời đã được con người sử dụng trong quá khứ.Quan trọng nhất trong thời đại công nghiệp là sức nước nhìn theo phương diện sửdụng kỹ thuật và theo phương diện phí tổn sinh thái
4
Trang 6Ngược lại với việc sử dụng các quy trình này là việc khai thác các nguồn nănglượng như than đá hay dầu mỏ, những nguồn năng lượng mà ngày nay được tiêu dùngnhanh hơn là được tạo ra rất nhiều Theo ý nghĩa của định nghĩa tồn tại "vô tận" thìphản ứng tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch), khi có thể thực hiện trên bình diện
kỹ thuật, và phản ứng phân rã hạt nhân (phản ứng phân hạch) với các lò phản ứng táisinh (breeder reactor), khi năng lượng hao tốn lúc khai thác uranium hay thorium cóthể được giữ ở mức thấp, đều là những nguồn năng lượng tái tạo mặc dù là thường thìchúng không được tính vào loại năng lượng này
Trước khi khai thác than vào giữa thế kỷ XIX, gần như tất cả các nguồn nănglượng con người sử dụng là năng lượng tái tạo Hầu như không có một nghi ngờ việc
sử dụng năng lượng tái tạo lâu đời nhất được biết đến, ở dạng sinh khối truyền thốngnhiên liệu cháy, có từ 790.000 năm trước đây Sử dụng sinh khối để đốt đã không trởnên phổ biến cho đến khi hàng trăm hàng ngàn năm sau đó, vào khoảng 200.000 đến400.000 năm trước
Có lẽ việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo lâu đời thứ hai là khai thác gió đểchạy các tàu buồm Việc này đã được thực hiện cách nay 7000 năm, của các tàu trênsông Nin
Cho đến năm 1873, những mối quan tâm về cạn kiệt nguồn than đã thúc đẩyviệc thí nghiệm sử dụng năng lượng mặt trời Sự phát triển của các động cơ nănglượng mặt trời vẫn tiếp tục cho đến khi nổ ra chiến tranh thế giới lần thứ nhất Tầmquan trọng của năng lượng mặt trời được công nhận trong bài báo khoa học Mỹ năm1911: "trong tương lai xa các nguồn nhiên liệu tự nhiên sẽ cạn kiệt [năng lượng mặttrời] sẽ là phương tiện duy nhất đối với sự tồn tại của nhân loại"
Lý thuyết về đỉnh dầu được xuất bản năm 1956 Trong thập niên 1970, các nhàmôi trường đã thúc đẩy phát triển các nguồn năng lượng tái tạo theo cả hai hướng làthay thế nguồn dầu đang dần cạn, cũng như thoát khỏi sự lệ thuộc vào dầu mỏ, và cáctuốc bin gió phát điện đầu tiên ra đời Năng lượng mặt trời đã được sử dụng từ lâu đểnung nóng và làm lạnh, nhưng các tấm pin mặt trời quá đắt để có thể xây dựng nhữngcánh đồng pin năng lượng mặt trời mãi cho đến năm 1980
Trang 7Năng lượng Mặt Trời thu được trên Trái Đất là năng lượng của dòng bức xạđiện từ xuất phát từ Mặt Trời đến Trái Đất Chúng ta sẽ tiếp tục nhận được dòng nănglượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷnăm nữa.
Có thể trực tiếp thu lấy năng lượng này thông qua hiệu ứng quang điện, chuyểnnăng lượng các photon của Mặt Trời thành điện năng, như trong pin Mặt Trời Nănglượng của các photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyểnthành nhiệt năng, sử dụng cho bình đun nước Mặt Trời, hoặc làm sôi nước trong cácmáy nhiệt điện của tháp Mặt Trời, hoặc vận động các hệ thống nhiệt như máy điều hòaMặt Trời
Năng lượng của các photon có thể được hấp thụ và chuyển hóa thành nănglượng trong các liên kết hóa học của các phản ứng quang hóa
Một phản ứng quang hóa tự nhiên là quá trình quang hợp Quá trình này đượccho là đã từng dự trữ năng lượng Mặt Trời vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch khôngtái sinh mà các nền công nghiệp của thế kỷ XIX đến XXI đã và đang tận dụng Nócũng là quá trình cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sinh học tự nhiên, cho sứckéo gia súc và củi đốt, những nguồn năng lượng sinh học tái tạo truyền thống Trongtương lai, quá trình này có thể giúp tạo ra nguồn năng lượng tái tạo ở nhiên liệu sinhhọc, như các nhiên liệu lỏng (diesel sinh học, nhiên liệu từ dầu thực vật), khí (khí đốtsinh học) hay rắn
Năng lượng Mặt Trời cũng được hấp thụ bởi thủy quyển Trái Đất và khí quyểnTrái Đất để sinh ra các hiện tượng khí tượng học chứa các dạng dự trữ năng lượng cóthể khai thác được Trái Đất, trong mô hình năng lượng này, gần giống bình đun nướccủa những động cơ nhiệt đầu tiên, chuyển hóa nhiệt năng hấp thụ từ photon của MặtTrời, thành động năng của các dòng chảy của nước, hơi nước và không khí, và thayđổi tính chất hóa học và vật lý của các dòng chảy này
Thế năng của nước mưa có thể được dự trữ tại các đập nước và chạy máy phátđiện của các công trình thủy điện Một dạng tận dụng năng lượng dòng chảy sông suối
có trước khi thủy điện ra đời là cối xay nước Dòng chảy của biển cũng có thể làmchuyển động máy phát của nhà máy điện dùng dòng chảy của biển
Dòng chảy của không khí, hay gió, có thể sinh ra điện khi làm quay tuốc bingió Trước khi máy phát điện dùng năng lượng gió ra đời, cối xay gió đã được ứng
6
Trang 8dụng để xay ngũ cốc Năng lượng gió cũng gây ra chuyển động sóng trên mặt biển.Chuyển động này có thể được tận dụng trong các nhà máy điện dùng sóng biển.
Đại dương trên Trái Đất có nhiệt dung riêng lớn hơn không khí và do đó thayđổi nhiệt độ chậm hơn không khí khi hấp thụ cùng nhiệt lượng của Mặt Trời Đạidương nóng hơn không khí vào ban đêm và lạnh hơn không khí vào ban ngày Sựchênh lệch nhiệt độ này có thể được khai thác để chạy các động cơ nhiệt trong các nhàmáy điện dùng nhiệt lượng của biển
Khi nhiệt năng hấp thụ từ photon của Mặt Trời làm bốc hơi nước biển, một phần nănglượng đó đã được dự trữ trong việc tách muối ra khỏi nước mặn của biển Nhà máyđiện dùng phản ứng nước ngọt - nước mặn thu lại phần năng lượng này khi đưa nướcngọt của dòng sông trở về biển
Việt Nam có tiềm năng lớn để phát triển năng lượng mặt trời, đặc biệt là ở miềnTrung và miền Nam Số giờ nắng trung bình[N 1] khu vực phía Bắc trong khoảng từ1.500 - 1.700 giờ nắng mỗi năm Khu vực miền Trung và miền Nam có số giờ nắngtrung bình hằng năm cao hơn, từ 2.000 - 2.600 giờ/năm
Cường độ bức xạ mặt trời trung bình hàng ngày ở phía Bắc là 3,69 kWh/m2, ở phíaNam là 5,9 kWh/m2 Lượng bức xạ mặt trời phụ thuộc vào lượng mây và bầu khíquyển của từng địa phương Cường độ bức xạ ở miền Nam thường cao hơn miền Bắc
Trang 9Bảng 1: Số liệu về bức xạ mặt trời tại VN
năm
Cường độ BXMT (kWh/m2, ngày)
2.2 Năng lượng gió
Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển TráiĐất Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời Năng lượnggió được con người khai thác từ các tuốc bin gió
Trong số 20 thị trường lớn nhất trên thế giới, chỉ riêng châu Âu đã có 13 nướcvới Đức là nước dẫn đầu về công suất của các nhà máy dùng năng lượng gió vớikhoảng cách xa so với các nước còn lại Tại Đức, Đan Mạch và Tây Ban Nha việc pháttriển năng lượng gió liên tục trong nhiều năm qua được nâng đỡ bằng quyết tâm chínhtrị Nhờ vào đó mà một ngành công nghiệp mới đã phát triển tại 3 quốc gia này Năm
2007 thế giới đã xây mới được khoảng 20073 MW điện, trong đó Mỹ với 5244 MW,Tây Ban Nha 3522MW, Trung Quốc 3449 MW, 1730 MW ở Ấn Độ và 1667 ở Đức,nâng công suất định mức của các nhà máy sản xuất điện từ gió lên 94.112 MW
Ở Việt Nam, với đường bờ biển dài hơn 3.000 km, các ngọn đòi và vùng caocủa miền Bắc và miền Trung, Việt Nam có tiềm năng lớn về phát triển điện gió, hơn39% diện tích khu vực của Việt Nam có tốc độ gió trung bình hơn 6 m/s ở độ cao 65m,tương đương tổng công suất là 512 GW Ngoài ra, khoảng 8% diện tích đất liền có tốc
độ gió trung bình hằng năm hơn 7 m/s, tương đương tổng công suất 110 GW
8
Trang 10Hình 1.2 Bản đồ Tiềm năng tốc độ gió tại Việt Nam
Bảng 2: Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 65m
Tương đối cao 7–8 m/s
Cao 8–9 m/s
Trang 11nước và máy phát điện Kiểu ít được biết đến hơn là sử dụng năng lượng động lực củanước hay các nguồn nước không bị tích bằng các đập nước như năng lượng thuỷ triều.Thuỷ điện là nguồn năng lượng tái tạo.
Thuỷ điện chiếm 20% lượng điện của thế giới Na Uy sản xuất toàn bộ lượngđiện của mình bằng sức nước, trong khi Iceland sản xuất tới 83% nhu cầu của họ(2004), Áo sản xuất 67% số điện quốc gia bằng sức nước (hơn 70% nhu cầu của họ).Canada là nước sản xuất điện từ năng lượng nước lớn nhất thế giới và lượng điện nàychiếm hơn 70% tổng lượng sản xuất của họ
Ngoài một số nước có nhiều tiềm năng thuỷ điện, năng lực nước cũng thườngđược dùng để đáp ứng cho giờ cao điểm bởi vì có thể tích trữ nó vào giờ thấp điểm(trên thực tế các hồ chứa thuỷ điện bằng bơm – pumped-storage hydroelectricreservoir - thỉnh thoảng được dùng để tích trữ điện được sản xuất bởi các nhà máynhiệt điện để dành sử dụng vào giờ cao điểm) Thuỷ điện không phải là một sự lựachọn chủ chốt tại các nước phát triển bởi vì đa số các địa điểm chính tại các nước đó
có tiềm năng khai thác thuỷ điện theo cách đó đã bị khai thác rồi hay không thể khaithác được vì các lý do khác như môi trường
Việt Nam có tiềm năng khai thác công suất cho thủy điện khoảng 25.000 38.000 MW, trong đó 60% tập trung ở miền Bắc, miền Trung là 27% và 13% còn lại ởmiền Nam Việt nam đã khai khác gần hết thủy điện lớn (công suất trên 100 MW) Vìvậy, Nước ta tập trung vào phát triển thủy điện nhỏ
-Trên cả đất nước đã phát hiện được hơn 1.000 địa điểm có tiềm năng khai tháclàm các dự án thủy điện nhỏ, dao động từ 30 - 100 MW, tổng công suất đạt hơn 7.000
MW Những địa điểm này tập trung chủ yếu ở vùng núi phía bắc, bờ biển Nam Trung
Bộ và Tây Nguyên
10
Trang 12Hình 1.3 Nhà máy thủy điện Hòa Bình
2.4 Năng lượng thủy triều
Trường hấp dẫn không đều trên bề mặt Trái Đất gây ra bởi Mặt Trăng, cộng vớitrường lực quán tính ly tâm không đều tạo nên bề mặt hình elipsoit của thủy quyểnTrái Đất (và ở mức độ yếu hơn, của khí quyển Trái Đất và thạch quyển Trái Đất) Hìnhelipsoit này cố định so với đường nối Mặt Trăng và Trái Đất, trong khi Trái Đất tựquay quanh nó, dẫn đến mực nước biển trên một điểm của bề mặt Trái Đất dâng lên hạxuống trong ngày, tạo ra hiện tượng thủy triều
Sự nâng hạ của nước biển có thể làm chuyển động các máy phát điện trong các nhàmáy điện thủy triều Về lâu dài, hiện tượng thủy triều sẽ giảm dần mức độ, do tiêu thụdần động năng tự quay của Trái Đất, cho đến lúc Trái Đất luôn hướng một mặt về phíaMặt Trăng Thời gian kéo dài của hiện tượng thủy triều cũng nhỏ hơn so với tuổi thọcủa Mặt Trời
Tại Việt Nam, tiềm năng năng lượng thủy triều không lớn, chỉ có thể đạt côngsuất 4GW tại các khu vực ven biển của đồng bằng sông Cửu Long Tuy nhiên, khu vựctiềm năng lớn chưa được nghiên cứu là vùng nước ven biển Quảng Ninh - Hải Phòng,đặc biệt là Vịnh Hạ Long và Vịnh Bái Tử Long, nơi có tiềm năng thủy triều cao (>4m) và có nhiều đảo làm đê chắn cho các bể chứa nước trong các vịnh và đầm hồ venbiển
Một nghiên cứu mang tên "Năng lượng tái tạo trên biển và định hướng pháttriển tại Việt Nam" đã đưa ra thông tin thêm về tiềm năng thủy triều: Tập trung ở phíabắc của Vịnh Bắc Bộ và các cửa sông ven biển Đông Nam Tính toán lý thuyết tiềmnăng cho thấy sức mạnh thủy triều có thể đạt tới 10 GW
2.5 Năng lượng địa nhiệt
Năng lượng địa nhiệt là năng lượng được tách ra từ nhiệt trong lòng Trái Đất.Năng lượng này có nguồn gốc từ sự hình thành ban đầu của hành tinh, từ hoạt độngphân hủy phóng xạ của các khoáng vật, và từ năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bềmặt Trái Đất Năng lượng địa nhiệt đã được sử dụng để nung và tắm kể từ thời La Mã
Trang 13cầu Thêm vào đó, 28 GW công suất nhiệt địa nhiệt trực tiếp được lắp đặt phục vụ chosưởi, spa, các quá trình công nghiệp, lọc nước biển và nông nghiệp ở một số khu vực.Khai thác năng lượng địa nhiệt có hiệu quả về kinh tế, có khả năng thực hiện và thânthiện với môi trường, nhưng trước đây bị giới hạn về mặt địa lý đối với các khu vựcgần các ranh giới kiến tạo mảng Các tiến bộ khoa học kỹ thuật gần đây đã từng bước
mở rộng phạm vi và quy mô của các tài nguyên tiềm năng này, đặc biệt là các ứngdụng trực tiếp như dùng để sưởi trong các hộ gia đình Các giếng địa nhiệt có khuynhhướng giải phóng khí thải nhà kính bị giữ dưới sâu trong lòng đất, nhưng sự phát thảinày thấp hơn nhiều so với phát thải từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch thông thường.Công nghệ này có khả năng giúp giảm thiểu sự nóng lên toàn cầu nếu nó được triểnkhai rộng rãi
Việt Nam có hơn 250 điểm nước nóng phân bố rộng khắp cả nước, trong đó có
43 điểm nóng (> 61 độ), điểm lộ thiên cao nhất (100 độ) nằm ở huyện Lệ Thủy, tỉnhQuảng Bình Trong tổng số 164 nguồn địa nhiệt ở vùng trung du và núi phía bắc ViệtNam, có tới 18 nguồn có nhiệt độ bề mặt > 53 độ có thể sử dụng cho việc sản xuấtđiện Tiềm năng địa nhiệt trên toàn lãnh thổ Việt Nam ước tính khoảng 300 MW
Năng lượng tái tạo ở Việt Nam
Việt Nam có tiềm năng đặc biệt lớn ở việc khai thác các nguồn Năng lượng táitạo như: Thủy điện, điện gió, điện mặt trời, điện sinh khối Trong đó, thủy điện đượctập trung phát triển gần như tối đa tại Việt Nam Tính đến cuối năm 2018, thủy điện lànguồn năng lượng chủ lực của nước ta, chiếm tới hơn 40% tổng công suất điện quốcgia Loại trừ thủy điện cỡ vừa và lớn, thủy các dạng năng lượng tái tạo khác (bao gồmthủy điện nhỏ) chiếm 2,1% trong tổng công suất toàn hệ thống tuy nhiên, không có gì
là bất biến trước sự thay đổi của thời gian Tính đến giữa năm 2019, hơn 80 nhà máyđiện mặt trời đã được vận hành, đóng lưới nhờ vào cơ chế hỗ trợ giá FIT, trong khicuối năm 2018 mới chỉ có 2 nhà máy điện mặt trời quy mô không lớn được đấu nối lênlưới điện Vào thời điểm đó, tổng công suất điện mặt trời là hơn 4460 MW, chiếm hơn8% tổng công suất phát điện của hệ thống Trong khi đó, cuối năm 2018 tổng côngsuất điện gió trên Việt Nam mới chỉ đạt mức 228 MW, tuy nhiên đến năm 2019, sốlượng dự án điện gió đang trong giai đoạn xây dựng với tổng công suất cao gấp 2 lần
so với năm 2018 Đối với năng lượng sinh khối, việc sản xuất điện thương mại vẫn còn
12
Trang 14phát triển chậm do vấn đề về giá hỗ trợ cho bã mía Tuy vậy, triển vọng cho việc pháttriển nguồn năng lượng này còn khả quan dựa vào số lượng ngày càng tăng của rácthải đô thị và nông nghiệp, sản phẩm lâm nghiệp và chính phủ đang nghiên cứu Tiêuchuẩn danh mục đầu tư tái tạo để có thể thúc đẩy nguồn năng lượng này.
3 Một số nguồn năng lượng tái tạo nhỏ
Ngoài các nguồn năng lượng nêu trên dành cho mức độ công nghiệp, còn có cácnguồn năng lượng tái tạo nhỏ dùng trong một số vật dụng:
Một số đồng hồ đeo tay dự trữ năng lượng lắc lư của tay khi con người hoạt độngthành thế năng của lò xo, thông qua sự lúc lắc của một con quay Năng lượng nàyđược dùng để làm chuyển động kim đồng hồ
Một số động cơ có rung động lớn được gắn tinh thể áp điện chuyển hóa biếndạng cơ học thành điện năng, làm giảm rung động cho động cơ và tạo nguồn điện phụ.Tinh thể này cũng có thể được gắn vào đế giầy, tận dụng chuyển động tự nhiên củangười để phát điện cho các thiết bị cá nhân nhỏ như PDA, điện thoại di động
Hiệu ứng điện động giúp tạo ra dòng điện từ vòi nước hay các nguồn nước chảy, khinước đi qua các kênh nhỏ xíu làm bằng vật liệu thích hợp
Các ăngten thu dao động điện từ (thường ở phổ radio) trong môi trường sangnăng lượng điện xoay chiều hay điện một chiều Một số đèn nhấp nháy gắn vào điệnthoại di động thu năng lượng sóng vi ba phát ra từ điện thoại để phát sáng, hoạt độngtheo cơ chế này
4 Tầm quan trọng của năng lượng tái tạo
Năng lượng tái tạo có tiềm năng thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch vànăng lượng nguyên tử Trên lý thuyết, chỉ với một hiệu suất chuyển đổi là 10% và trênmột diện tích 700 x 700 km ở sa mạc Sahara thì đã có thể đáp ứng được nhu cầu nănglượng trên toàn thế giới bằng cách sử dụng năng lượng mặt trời
Trong các mô hình tính toán trên lý thuyết người ta cũng đã cố gắng chứngminh là với trình độ công nghệ ngày nay, mặc dầu là bị thất thoát công suất và nhu cầunăng lượng ngày một tăng, vẫn có thể đáp ứng được toàn bộ nhu cầu về năng lượngđiện của châu Âu bằng các tuốc bin gió dọc theo bờ biển phía Tây châu Phi hay là
Trang 15các thiết bị cung cấp nhiệt từ năng lượng mặt trời cũng có thể đáp ứng nhu cầu nướcnóng.
Năng lượng tái tạo và hệ sinh thái
Người ta hy vọng là việc sử dụng năng lượng tái tạo sẽ mang lại nhiều lợi ích
về sinh thái cũng như là lợi ích gián tiếp cho kinh tế So sánh với các nguồn nănglượng khác, năng lượng tái tạo có nhiều ưu điểm hơn vì tránh được các hậu quả có hạiđến môi trường Nhưng các ưu thế về sinh thái này có thực tế hay không thì cần phảixem xét sự cân đối về sinh thái trong từng trường hợp một Thí dụ như khi sử dụngsinh khối phải đối chiếu giữa việc sử dụng đất, sử dụng các chất hóa học bảo vệ và làmgiảm đa dạng của các loài sinh vật với sự mong muốn giảm thiểu lượng CO2 Việcđánh giá các hiệu ứng kinh tế phụ cũng còn nhiều điều không chắc chắn Sử dụng nănglượng tái tạo rộng rãi và liên tục có thể tác động đến việc phát triển của khí hậu TráiĐất về lâu dài Có thể hình dung đơn giản: dòng chuyển động của gió sẽ yếu đi khi điqua các cánh đồng cánh quạt gió, nhiệt độ không khí giảm xuống tại các nhà máy điệnmặt trời (do lượng bức xạ phản xạ trở lại không khí bị suy giảm)
Câu hỏi ôn tập:
Phần 1 Câu hỏi trắc nghiệm
1 Dạng năng lượng thiên nhiên đầu tiên được loài người sử dụng là
A Năng lượng mặt trời
B Năng lượng gió
C Năng lượng sinh khối
D Năng lượng thuỷ triều
E Năng lượng địa nhiệt
2 Nguồn năng lượng được sử dụng nhiều nhất ở các nước đang phát triển là
A Năng lượng thuỷ điện
B Năng lượng sinh khối
C Năng lượng từ than
D Năng lượng từ dầu
E Năng lượng mặt trời
3 Nguồn năng lượng được sử dụng nhiều nhất ở các nước phát triển là
A Năng lượng thuỷ điện
B Năng lượng sinh khối thực vật
C Năng lượng từ than
D Năng lượng từ dầu
E Năng lượng khí đốt
14
Trang 164 Nguồn năng lượng nào sau đây sinh khí gây hiệu ứng nhà kính
A Năng lượng gió
B Năng lượng thuỷ điện
C Năng lượng địa nhiệt
D Năng lượng hạt nhân
E Năng lượng sinh khối
5 Ngồn năng lượng nào sau đây được tái sinh từ nguồn gốc mặt trời (tìm một ý kiến sai)
A Năng lượng sinh khối thực vật
B Năng lượng gió
C Năng lượng thuỷ triều
D Năng lượng địa nhiệt
E Năng lượng sóng biển
6 Trong mỏ than, chất khí nào gây nguy hiểm nhất
B Gây ô nhiễm biển
C Gây ô nhiễm không khí, nước đất
D Gây ô nhiễm bụi
E Gây ô nhiễm kim loại phóng xạ
9 Tác động tiêu cực tới môi trường do quá trình khai thác thuỷ điện: (tìm một ý kiến sai):
A Động đất cưỡng bức
B Thay đổi thời tiết khí hậu khu vực
C Thay đổi độ mặn của nước khu vực cửa sông vên biển
D Mất đất canh tác
E Ngăn chặn sự phát triển của quần xã thực vật
Trang 17A Năng lượng hạt nhân
B Năng lượng gió
C Năng lượng thuỷ điện
D Năng lượng sinh khối
E Năng lượng khí đốt
11 Các giải pháp năng lượng hiện nay hướng tới những mục tiêu cơ bản sau (tìm một ý kiến sai)
A Duy trì lâu dài nguồn năng lượng của trái đất
B Hạn chế tối đa đến các tác động tiêu cực trong khai thác
C Sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng cho phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật
D Không tạo ra khí gây hiệu ứng nhà kính
E Giảm giá thành trong sản xuất năng lượng
Phần 2 Câu hỏi tự luận.
Câu 1 Khái niệm và phân loại năng lượng tái tạo (NLTT)?
Câu 2 Các tiềm năng và cơ hội ứng dụng năng lượng tái tạo tại Việt Nam?
16
Trang 18BÀI 2 TÌM HIỂU VÀ KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG TÁI
TẠO
Giới thiệu
Nghiên cứu vận hành, khai thác sử dụng và biên soạn tài liệu các thiết bị trongphòng, tập trung vào các khâu: Mô tả thiết bị, quy trình vận hành thiết bị, hướng dẫnlắp đặt và vận hành thiết bị, bảo dưỡng trên các thiết bị:
Mục tiêu
- Phân tích được đặc điểm của thiết bị thực hành, yêu cầu công nghệ và khả phạm vịứng dụng của thiết bị
- Vận hành và khai thác sử dụng thành thạo các thiết bị
- Biên soạn tài liệu hướng khai thác, sử dụng thiết bị phục vụ giáo viên khác và sinhviên nghiên cứu ban đầu và học tập trên thiết bị tại phòng học
- Làm chủ thiết bị trong phạm vi khai thác sử dụng ban đầu từ đó làm cơ sở để tiếp tụcnghiên cứu nâng cao
Nội dung chính
2.1 Bộ thực hành năng lượng mặt trời (SOL1)
Trang 191 Mô tả thiết bị
1.1 Module Panel pin quang điện
+Khung nhôm
+Diện tích 1.5m2.+Có thể điều chỉnh góc từ 5o -70o+Công suất tối đa 200W
+Điện áp tối đa 57V
+Dòng điện tối đa 4.6 A
+ Khối lượng 27 kG
1.2 Module tủ điện
1.2.1 Các thành phần của mạch kết nối với lưới điện và phụ tải
18
Trang 201-Cột đèn báo/hiển thị có điện
2-Nút bấm dừng khẩn cấp
3-Cầu dao cách ly với mạng điện 230VAC
4-Cáp kết nối với mạng điện 230VAC
5-Đầu vào điện áp một chiều từ module pin quang điện Điện áp thích hợp từ 65 đến 130VDC
6-Công tắc 3 vị trí Năng lượng đưa vào mạng điện / 0 / vị trí cách ly
7-Bộ chống sét
8-Cầu chì bảo vệ gPV
9-Công tắc On/off để bật/tắt bộ nghịch lưu (có thể dùng cho mục đích bảo dưỡng)10-Bộ nghịch lưu 500W Chuyển nguồn một chiều từ module pin quang điện vào mạng điện 230VAC-50Hz
11-Công-tơ điện tử có khả năng lưu thông số
12-Áptômát tổng bảo vệ ngắn mạch và quá tải
13- Áptômát cho đầu ra tải + Mô đun điều chỉnh điện áp VDE 0126-1-1
14-Giá để tài liệu
1.2.2 Các thành phần của mạch biến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng
1-Điện áp vào 1 chiều từ bảng
quang điện Chú ý, điện áp thích
hợp là từ 17 đến 48VDC
2-Công tắc 3 vị trí Năng lượng
được đưa vào mạng điện / 0 / vị
Trang 21Phía bên phải tủ điện
20Dao cách ly cho mạch 1 chiều của tủ điện (Q1)
Các đầu kêt nối với Module pin quang điện
Trang 221: Switch/Disconnector (Công tắc ngắt kết nối) để ngắt nguồn DC từ các tấm Pin mặt
trời
2: Surge arrester (Chống sét) được thiết kế để bảo vệ mạng lưới cung cấp năng lượng quang điện
3/4: Fuse Holders (Cầu chì), loại 1000VDC, để bảo vệ mạch điện DC của Module pin
quang điện, mạch nạp Ắc quy và mạch DC chuyển đổi
6: Charge regulator (Bộ điều chỉnh điện áp) để điều chỉnh việc sạc pin và cung cấp
điện áp 24V DC ổn định mặc dù điện áp được tạo ra bởi Module pin mặt trời là biến thiên
5: Battery (Ắc quy) để lưu trữ năng lượng cho sử dụng ban đêm 24V DC
7: Voltage converter (Chuyển đổi điện áp) để chuyển đổi nguồn áp DC 24V từ các Pin
lưu trữ thành nguồn 1 pha hình sin 230V AC, Điện áp lớn nhất ở ngõ ra là 50V DC8: Connection terminal strip dùng Áptômát 16A- dòng rò 30mA
2 Quy trình vận hành
B1: Kiểm tra các thông số nguồn điện từ Module pin quang điện
B2: Kết nối bộ nghịch lưu với nguồn xoay chiều hoặc tải
B3: Ghi lại các thông số trên công-tơ đa chức năng
B4: Ngắt nguồn điện
B5: Vệ sinh công nghiệp
3 Vận hành thực nghiệm
B1: Tìm hiểu thông số, chức năng các khối và sơ đồ kết nối hệ thống
B2 Kết nối hệ thống theo sơ đồ
B3 Bật dao cách ly Q1 kết nối giữa Module pin quang điện với tủ điện điều khiển.B4 Kiểm tra thông số nguồn điện từ Module pin quang điện, có thể điều chỉnh góc nghiêng của Module pin quang điện để có thông số yêu cầu
B5 Cấp nguồn cho phụ tải, theo dõi các thông số trên côngtơ đa năng
B6 Ngắt ATM 13, ngắt dao cách ly Q1, vệ sinh công nghiệp
Trang 232.2 Turbine gió 3 pha 400W
22
Trang 241 Mô tả thiết bị
Tua-bin gió là một thiết bị cơ khí được thiết kế để sử dụng năng lượng gióthành điện, cấu tạo 1 tua-bin gió bao gồm các phần chính
1) 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 giónhiều hơn và phát ra điện nhiều hơn
2) Nacelle, được đặt trên đỉnh trụ, bao gồm ro to và vỏ bọc ngoài, giống như một nhàphát điện đặc biệt
3) Rotor, với 3 cánh gắn cố định, di chuyển theo vòng quay nhờ sức gió từ đó quaymột trục động cơ Hộp số tăng tốc độ trục, năng lượng này cuối cùng được chuyểnthành điện bởi máy phát điện
Tua-bin gió sản sinh ra điện khi tốc độ gió là ở khoảng giữa 3 m/s (đủ lực để xoaycánh tua bin) và 25 m/s Khi đạt được tốc độ giới hạn sau đó, một thiết bị trongNacelle bắt đầu khởi động, hoạt động này hãm lại rô to và thay đổi góc cánh tua bin,làm cho máy dừng lại một thời gian mà không làm sức gió yếu đi
Được khởi động bởi sức gió, cánh tua bin gắn trên trục của máy phát điện được đặttrong Nacelle Dòng điện được sinh ra, điện áp 400-690V, sau đó được dẫn dòng bằngcáp ngầm đến trạm phân phối Tăng điện áp lên cao (20,000V) và hòa vào mạng điệnlưới quốc gia
Trang 252 Quy trình vận hành
- Liên kết dây dẫn ở bảng điều khiển theo sơ đồ
- Kiểm tra nguồn điện cấp
- Bật công tắc nguồn
- Điều chỉnh tốc độ của tuabin gió bằng bộ biến tần để đạt tốc độ định mức
- Đo và ghi chép các thông số điện áp, dòng điện ở đầu ra của máy phát
- Ngừng hoạt động: điều chỉnh chiết áp biến tần về 0, động cơ dừng hoạt động
- Tắt công tắc nguồn
3 Vận hành Tua-bin gió
Tua bin gió biến đổi động năng từ gió thành cơ năng tạo ra mô men xoắn làm
quay cánh tua bin Từ đó máy phát điện biến đổi cơ nằng thành năng lượng điện giống
như đi-na-mô hay máy phát trong xe hơi
Máy phát điện tua bin
Hộp chứa động cơ kéo tua bin gió
Bảng điều khiển
Dây cấp nguồn
Trang 26Cánh tua bin quay với tốc độ tương đối chậm, khoảng 5-10 rpm, tất cả đều chậm hơn khi tua bin ở cao Hầu hết các máy phát điện cần phải quay với tốc độ cao (1,000-2,000rpm) để sinh ra điện.
Đây là lý do tại sao tốc độ rô to chậm được tăng lên nhanh bởi hộp số
Một số tua bin gió không có hộp số; máy phát điện trong đó lớn và nặng hơn nhiều
Cơ năng truyền qua hộp số được biến đổi thành năng lượng điện bởi máy phát điện
Rô to của máy phát điện quay ở tốc độ cao và sinh ra điện có điện áp là 690V
Năng lượng điện này chưa thể sử dụng trực tiếp được mà phải qua xử lý bằng một bộ chuyển đổi điện, sau đó tăng áp lên 20,000V bởi một máy biến áp và được dẫn dòng bằng cáp ngầm tới trạm biến áp hòa vào mạng lưới điện quốc gia và phân phối tới các hộ tiêu thụ
4 Bảo dưỡng
- Xác định vị trí EOLYS-500 ở nơi có ánh sáng phù hợp với yêu cầu của bộ luật laođộng (tối thiểu 500 lux)
- Không đặt bất cứ vật gì trên EOLYS-500
- Không tháo vỏ bảo vệ của EOLYS-500
- Đảm bảo khoảng cách tầm với của người sử dụng tới thiết bị ngắt điện của bộ điềukhiển tốc độ
- Luôn luôn khóa phanh trên bánh xe
- Chú ý tránh tác động của các bộ phận kim loại trên thiết bị khi di chuyển xungquanh
- Kiểm tra các khớp nối/dây cáp trước khi vận hành tua bin gió
- Lưu ý đến giá trị điện áp đầu ra tối đa của tua bin gió
Trang 272.3 Bộ thực hành tích hợp năng lượng mặt trời và năng lượng gió
Trang 28- Phần hoạt động
- Thiết bị bao gồm khung nhôm định hình hỗ trợ đỡ tấm pin mặt trời và tuabin
gió được kéo bằng động cơ Dưới khung gầm là 4 bánh xe để điều chỉnh
hướng mô hình, có phanh hãm
- Tấm pin mặt trời là thiết bị được cấu tạo từ nhiều tế bào quang điện được nối
với nhau và được bảo vệ bằng tấm kính
Tấm pin mặt trời được cố định trên khung nhôm Khung hình di chuyển theo khunggầm bằng hai bản lề được trang bị các thanh chặn Có tay nắm giữ để kết hợp với taykhóa để cố định hướng tấm pin mặt trời Hai bên bảo vệ bằng các tấm nhựa để ngănchặn người dùng kẹt ngón tay Chúng được trang bị các điểm đánh dấu góc để tạothuận lợi cho việc định hướng bảng điều khiển Tấm pin có thể được định hướng đểhướng đến ánh nắng mặt trời hoặc nguồn ánh sáng…
Ở mặt sau của tấm pin, một hộp điện không thấm nước bảo vệ kết nối điện
đến hộp điều khiển
Trang 29Trục của tuabin được nối với được cơ điện bằng bộ đai và pulley Kết nối nàyđược bảo vệ trong lòng khung nhôm
Động cơ điện được điều khiển bằng hộp điều khển và dùng để mô phỏng tuabinđược hứng gió
Chú ý: Để tránh sự nóng lên và rung động bất ngờ, hãy sử dụng tua bin gió với sựkiểm duyệt khi pin đang được sạc
- Tủ điều khiển
Tủ điện được sơn cách điện
Cửa tủ có sơ đồ đường dây kết hợp socket đo điện
áp, dòng điện và 2 đồng hồ hiển thị
(galvanometer) cho dòng và áp của pin
Đèn LED trắng thể hiện thiết bị được cấp nguồn
Trên phần bên trái của tủ điện có một công tắc
- Nút ON.OFF mô phỏng tuabin gió
- Công tắc có chìa khóa để bặt tắt chế
độ sạc cho pin
Đèn LED cam thể hiện mô hình chưa cấp nguồn chính Khi
đèn này sáng thì nguồn chỉ được cấp từ pin
- Modun Wifi cho phép truy cập điều khiển Magelis từ điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng với phần mềm "Vijeo Design'Air "
Để cấu hình Wifi, tên mạng SSID và mật khẩu ở phía sau của modun Wifi
- Trạm đối thoại Magelis thực hiện các chức năng kiểm soát và giám sát thiết bị
28
Trang 30Trạm đối thoại liên kết với PLC M340 và giao tiếp với PLC này.
Trên mặt bên phải của tủ Công tắc ON /OFF dùng để đóng / ngắt nguồn cho hệ thống
Socket RJ45 cho phép truy cập an toàn và nhanh chóng (khi cửa đóng) đến liên kết Ethernet Socket mạch chính theo tiêu chuẩn có nối đất Nhãn cảnh báo dòng giới hạn
Tủ điều khiển bao gồm:
Các thiết bị bảo vệ các nguồn khác nhau:
Q1 1A 30mA RCD: bảo vệ tải hạ nguồn từ
UPS
Q2 1A 30mA RCD: bảo vệ tải
Q4 2A circuit-breaker: bảo vệ sạc
QB 10A DC circuit-breaker: bảo vệ pin
Thiết bị chuyển đổi:
KM1 và KM2: chuyển đổi giữa ngõ ra UPS và mạch chính
- KM4, KM5 và KM6: chuyển mạch chính (pin mặt trời, tua pin gió và dùng điện trực tiếp)
- KA1: sạc điều khiển bằng PLC
- KA2: điều khiển đèn LED cam
Trang 31PLC M340:
- Modun nguồn 24 V DC
- 1 modung xử lý với cổng Ethernet TCP /
IP port và link Modbus serial
- 1 modun Ethernet TCP / IP
- 1 modun phối hợp 8 ngõ vào / 8 ngõ ra
- 1 modun ngõ vào analog input 8 kênh
- PLC được lập trình để điều khiển thiết bị
Nó cũng có thể xử lý các bài toán được yêu cầu để hiển thị các thông số khác
nhau
Biến tần ATV12 dùng điều khiển động cơ
mô phỏng năng lượng gió
UPS thực hiện chức năng giao tiếp giữa
năng lượng chứa trong pin và năng lượng
tiêu thụ bởi người sử dụng
Sử dụng điện áp pin (24V DC), UPS tạo ra một điện áp tương thích với nguồn điện
(230V AC 50 Hz)
UPS hoạt động với dòng điện hoạt động
giới hạn và phạm vi điện áp của pin (xem
thông số kỹ thuật PDF
- Bộ điều chỉnh được đặt trên mạch sạc, giữa bảngnăng lượng mặt trời và pin Nó được sử dụng đểđiều chỉnh điện áp và giới hạn dòng điện sạc
Bộ điều khiển sạc có một giao diện điều khiển vàhiển thị để điều chỉnh lượng pin sạc và hình dung rađiện áp, dòng, năng lượng và năng lượng do các tấmpin mặt trời và tua-bin gió cung cấp
- Bộ sạc nguồn được sử dụng để sạc pin khi bảngnăng lượng mặt trời và tuabin gió không còn làmđược nữa
Bộ sạc được đưa vào hoạt động bởi người sửdụng thông qua chuyển đổi đặt trên bề mặt trêncùng của hộp điều khiển
PLC cũng được sử dụng để đưa vào hoạt động.Khi điện áp pin giảm xuống dưới 20 V, hệ thống
sẽ bật Tự động sạc
- ít nhất 10 phút (tối thiểu),
- miễn là điện áp nhỏ hơn 23V
Trang 32- Tủ Pin
Hộp này được cài đặt ở dưới cùng của mặt sau của tủ điều khiển Nó chứa hai pin 12V
và 25Ah nối tiếp
Lưu ý: ngay cả khi bộ ngắt kết nối chính Q0 mở, điện áp DC 24V hiện có ở các đầu cuối pin, và có nguy cơ điện giật hoặc ngắn mạch
- Bảng năng lượng mặt trời có thể định hướng và được bảo vệ vào một khung có thể quay đối với khung gầm Xoay có thể bằng cách nới lỏng hai chốt chặn, và cánh tay nhựa Để đảm bảo sự an toàn của người sử dụng, cần bảo vệ linh hoạt để tránh bị kẹt ngón tay
- Hai vỏ trong suốt bảo vệ chống lại những rủi ro kẹt tay hay kẹt thiết bị khi xoay tấm pin
- Nhãn cảnh báo nhắc nhở người dùng về nguy cơ
- Một thước đo độ nghiêng của bảng điều khiển Hướng dẫn màu đỏ hoạt động như một chỉ thị Trong ví dụ này, bảng điều khiển được nghiêng ở một góc độ khoảng 55 °
Trang 332 Quy trình vận hành
B1 Kiểm tra nguồn điện áp cấp vào thiết bị
B2 Cấp nguồn, bật cầu dao Q1
B3 Khảo sát các chế độ làm việc, ghi chép các thông số đo được
B4 Ngắt nguồn điện
3 Vận hành thực nghiệm
- Cấp nguồn cho thiết bị
Phần mô phỏng của gió phải được đưa vào sử dụng Phần này được cung cấp bởi mạchđiện chính Sau khi kích hoạt, phần này được đưa vào sử dụng bằng cách nhấn vào nút màu trắng ở phần trên cùng của hộp điều khiển Đèn LED xanh kết hợp đi kèm để cho biết nó đã được đưa vào sử dụng Toàn bộ thiết bị hiện đang hoạt động
32
Trang 34- Ngắt nguồn
- Để tắt bộ mô phỏng tuabin gió, nhấn nút màu đen ở phần trên cùng của hộp điều khiển đèn LED sẽ tắt
- Bảng năng lượng mặt trời và sạc pin thủ công vẫn hoạt động
Bạn cũng có thể rút phích cắm của ổ cắm điện Thiết bị sau đó hoạt động hoàn toàn độc lập (chạy trên pin) Chỉ có bảng năng lượng mặt trời được sử dụng để sạc pin
- Trong chế độ hoạt động này, đèn LED màu cam đặt trên đầu tủ điều khiển được thắp sáng để cho biết thiếu mạng lưới điện (hoặc nguồn điện)
Chú ý: Sau khi sử dụng, đừng quên đặt công tắc ON / OFF về "0" Sau khi hoàn thành bài tập, không được để thiết bị chỉ được cung cấp bằng pin
Trang 35Nhấn nút màu trắng ("I") nằm trên đỉnh tủ điều khiển Đèn LED màu xanh lá cây đi kèm để cho biết nó đã được bật và Magelis hiển thị màn hình sau.
- Menu chính
- Hoạt động chính
34
Bấm nút Magelis hiển thị trình đơn chính
Trang 36Menu này cho phép truy cập vào các menu con của Magelis khi Soléolis đang hoạt động trên đường dây.
Chú ý: Sau khi chọn một menu (ví dụ: "Máy phát điện chỉ gió"),thiết bị hoạt động theochế độ đã chọn đến khi một menu khác được chọn (ví dụ,"Chỉ bảng năng lượng mặt trời")
Hoạt động tự động Menu này cho phép truy cập các menu con của Magelis khi
Soléolis hoạt động với pin
Trang 37Dòng điện tiêu thụ
Năng lượng gió
Menu để xem
thông tin về
động cơ điện
Ắc quy:-Điện áp pin-Tốc độ pin
Pin hiện tại
Bộ điều chỉnh
Menu để xem thông tin về động cơ điện
Dòng điện do máy phát điện gió cung cấp
Để truy cập thông tin của máy phát điện gió, nhấn vào Trình đơn "Máy phát sức Gió"
Màn hình sau được hiển thị
36
Trang 38Dòng, năng lượng và năng lượng được sử dụng bởi tải 230V
Thiết lập lại bộ đếm năng lượng
Quay lại trình
đơn trước đó
Thông tin pin
Để truy cập thông tin về pin, nhấn
Trang 39Chỉ bảng năng lượng mặt trời
Trên menu chính, bấm Magelis hiển thị menu "Bảng điều khiển năng lượng mặt trời"
(xem bên dưới) Menu này chỉ cho phép sử dụng các tấm pin mặt trời
38