Đồ án khoa cơ điện, điện tử, đại học lạc hồng (21)

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ PHƯƠNG TRƯỜNG SINH VIÊN THỰC HIỆN: BÙI DUY KHANG BÙI TRỌNG ĐẠT Đồng Nai, 2022 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập rèn luyện Trường Đại học Lạc Hồng tôn trọng biết ơn, chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Lạc Hồng, quý thầy cô khoa Cơ Điện - Điện Tử truyền dạy tận tình cho chúng em kiến thức quý báu năm học vừa qua Đặc biệt, chúng em xin giành lời cảm ơn chân thành đến Thầy TS Lê Phương Trường tận tình truyền đạt kiến thức chia kinh nghiệm hướng dẫn đồng hành chúng em suốt trình học hoàn thành đồ án Tuy nhiên, hạn chế thân chúng em, đề tài nghiên cứu khoa học không tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận góp ý q thầy cô giáo để đề tài nghiên cứu chúng em hoàn thiện LỜI CAM ĐOAN Với đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ” với mong muốn tìm giải pháp nâng cao sản lượng điện tạo để phần giảm bớt áp lực lên sản lượng điện nhà nước, đồng thời áp dụng kiến thức học vào thực tế giúp tạo sản lượng điện cần thiết để sử dụng Nhóm nghiên cứu xin cam đoan, cơng trình nghiên cứu nhóm, số liệu, kết nêu đồ án tốt nghiệp trung thực xác Nhóm xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực đồ án tốt nghiệp xin phép, tất thơng tin trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc Nhóm xin cam đoan, cơng trình nghiên cứu tuyệt đối khơng có gian lận, chép liệu từ người khác sẵn sàng chịu trách nhiệm cơng trình nghiên cứu nhóm bị phát gian lận MỤC LỤC CHƯƠNG LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.1 Thực trạng lượng điện gió 1.2 Tình trạng lượng điện gió giới 1.3 Tình hình lượng điện gió Việt Nam CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung turbine gió 2.1.1 Các dạng turbine gió 2.1.2 Tính loại turbine gió 2.1.3 Các đường đặc tính turbine gió CHƯƠNG TÍNH TỐN NĂNG LƯỢNG ĐIỆN GIĨ CHƯƠNG PHÂN TÍCH KINH TẾ CHƯƠNG KẾT LUẬN CHƯƠNG LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.1 Thực trạng lượng điện gió Với bước tiến thần tốc công nghệ thời điểm gia tăng dân số lớn nước giới làm tăng nhu cầu sử dụng lượng Năng lượng, trụ cột phát triển kinh tế xã hội Tất hoạt động sinh hoạt công nghiệp cần lượng liên tục để hoạt động bình thường Các nhiên liệu hóa thạch như: than, khí đốt dầu mỏ nguồn để sản xuất lượng khứ, thời điểm tại, nguồn nhiên liệu khơng cạn kiệt mà cịn có tác động xấu đến mơi trường thải carbon, gây thời tiết khó lường đặt biệt nóng lên tồn cầu Do đó, phủ quốc gia tìm kiếm cách thức sản xuất lượng hiệu cách ưu tiên cho lượng tái tạo Trong số nguồn lượng tái tạo khác nhau, lượng gió cơng nghệ hồn thiện phát triển nhanh với khả sử dụng thương mại hóa đáng kể tồn cầu Nhiều quốc gia điều chỉnh để phát triển lượng gió nhằm giảm thiểu phát chất thải khí nhà kính giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch Tất cả, tuabin gió tồn cầu đáp ứng 5% nhu cầu điện giới vào cuối năm 2017[1] Các phủ quốc gia, nhận thực tế cơng bố sách ưu đãi để khuyến khích phát triển nguồn lượng này, điều dẫn đến phát triển nhanh chóng ngành lượng điện gió Các nỗ lực bao gồm từ kế hoạch cá nhân đến kế hoạch toàn diện, bao gồm kế hoạch quốc gia 1.2 Tình trạng lượng gió giới Theo IRENA, sản lượng lượng gió tồn giới đạt 622.704 MW Trong đó, 60.400 MW sản lượng lượng gió vòng năm (2019), khẳng định phát triển mạnh mẽ ngành lượng Có 10 quốc gia chiếm giữ 82,8% sản lượng điện gió tổng cơng suất điện gió tích lũy trồn giới Top 10 quốc gia có sản lượng điện gió cao Trung Quốc, Hoa Kỳ, Ấn Độ, Đức, Vương quốc Anh, Tây Ban Nha, Brazil, Canada, Pháp Ý Bảng đây, cho thấy rõ sản lượng 10 quốc gia hàng đầu này, với sản lượng điện gió tổng cơng suất lắp đặt [2] Sản lượng điện gió tích Tỷ trọng tổng sản lượng điện gió lũy (MW) so với giới (%) Trung Quốc 210,478 33,8 Mỹ 124,251 19,9 Đức 60,822 9,76 Ấn Độ 37,505 6,02 Tây Ban Nha 25,553 4,10 Vương quốc Anh 24,128 3,87 Pháp 16,260 2,61 Brazil 15,364 2,46 Canada 13,413 2,15 Ý 10,758 1,72 Tổng 10 quốc gia 515,532 82,8 Quốc gia Phần lại 107,172 17,2 TỔNG 622,704 100 Cơng suất điện gió lắp đặt tích lũy tồn cầu tăng từ 180,850 MW lên 622,704 MW giai đoạn 2010 - 2019 (Hình 1) 700000 600000 MW 500000 400000 300000 200000 100000 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 Hình Cơng suất điện gió lắp đặt tích lũy toàn cầu từ năm 2010 – 2019 [3] 1.3 Tình hình lượng điện gió Việt Nam Tiềm phát triển điện gió Việt Nam đánh giá lớn, việc nghiên cứu phát triển lượng gió hướng vơ thuận lợi tiềm Việc triển khai, khai thác nguồn lượng gió Việt Nam bước Tuy nhiên, phát triển lượng gió nước cịn nhỏ lẻ khiêm tốn so với tiềm to lớn Việt Nam Đến nay, tính đến trước ngày 1/11/2021, Việt Nam có 146 dự án ký hợp đồng mua bán điện với EVN với tổng công suất 8.170 MW, có 84 dự án điện gió kịp vận hành thương mại [4] Các nhà máy điện gió lớn Việt Nam tập trung tỉnh Bình Thuận, Ninh Thuận, Bạc Liêu, Quảng Trị, Gia Lai CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung turbine gió 2.1.1 Các dạng turbine gió Hiện nay, giới có nhiều loại turbine gió, từ loại đơn giản có cánh đến loại phức tạp có nhiều cánh Hình ảnh loại turbine khác Dưới số mẫu turbine phổ biến giới Hình ảnh số mẫu turbine gió phổ biến giới [5] 2.1.2 Tính loại turbine gió Mỗi loại turbine gió khác có tính khác Đặc tính loại turbine gió phụ thuộc vào hệ số công suất tỉ số vận tốc: Hệ số công suất: Cp = P 0.5 ∗ ρ ∗ A ∗ V² Tỉ số vận tốc: TSR = 2π * R / V Trong đó: + P: Cơng suất gió + ρ: Khối lượng riêng khơng khí (kg/m3) + A: Diện tích quét turbine (m2) + V: Vận tốc gió thổi (m/s) 10 Hình ảnh cấu tạo bên loại turbine 1.5 MW [12] 2.2.1.2 Loại turbine MW Hình ảnh thực tế loại turbine MW [13] 18 Các thông số kỹ thuật loại turbine MW: Loại 2.3 MW 2.5 MW Tốc độ cắt cực tiểu 3.0 m/s 3.5 m/s Tốc độ cắt cực đại 25 m/s 25 m/s Số cánh rotor 3 Đường kính rotor 94m 88m Diện tích quét 6940 m2 6082 m2 Tốc độ rotor 5.0 – 14.9 rpm 5.5 – 16.5 rpm Độ cao máy phát 85 m 100-120 m Phương pháp ĐK ĐK cánh ĐK cánh Máy phát Máy phát AC Máy phát AC Bộ biến đổi Bộ biến đổi dùng IGBT Bộ biến đổi dùng IGBT Hệ thống phanh Thủy lực Thủy lực Hệ thống điều khiển Dùng PLC, ĐK từ xa Dùng PLC, ĐK từ xa 19 2.2.1.3 Loại turbine gió 3.6 MW Hình ảnh thực tế loại turbine 3.6 MW [14] Hình ảnh cấu tạo bên loại turbine 3.6 MW [15] 20 Các thông số kỹ thuật: Loại 3.6 MW Tốc độ cắt cực tiểu 3.5 m/s Tốc độ cắt cực đại 27 m/s Số cánh rotor Đường kính rotor 104 m Diện tích quét 8495 m2 Tốc độ rotor 8.5 – 15.3 rpm Độ cao turbine Tùy thuộc vào vị trí lắp đặt Điều khiển cơng suất Điều khiển cánh Máy phát Máy phát không đồng loại pha Bộ biến đổi Dùng biến tần theo phương pháp điều rộng xung Hệ thống phanh Thủy lực Hệ thống điều khiển Dùng PLC, điều khiển từ xa 21 2.3 Cánh rotor (Cánh quạt) Hình ảnh thiết kế cánh rotor phần mền Cánh rotor có ảnh hưởng lớn đến công suất turbine Cánh rotor thiết kế thi công theo nguyên lý động lực học Nghĩa có gió tác động vào phần cánh rotor gió khơng bị cản lại 22 Đối với vật liệu thiết kế cánh rotor phải nhẹ bền, nhà sản xuất cánh rotor thường dùng vật liệu composite để sản xuất cánh rotor Ưu điểm lớn vật liệu composite nhẹ bền 2.4 Máy phát Máy phát điện thiết bị quan trọng mơ hình hay turbine Ở turbine điện gió, thường có loại máy phát thường gặp là: máy phát đồng máy phát không đồng Máy phát không đồng thường sử dụng rộng rãi ưu điểm mà mang lại: giá thành rẽ hơn, phổ biến thích hợp với dịng điện pha 2.4.1 Máy phát khơng đồng 23 CHƯƠNG TÍNH TỐN NĂNG LƯỢNG ĐIỆN GIĨ 3.1 Tính tốn thơng số 3.1.1 Tốc độ gió Khi gió có tốc độ m di chuyển với vận tốc V cho động W là: W = * m * V2 (J) Cơng suất khối khơng khí là: 1 2 P = (ρAV) * V2 = * ρAV3 (w) Trong đó: + P: Cơng suất khối khơng khí di chủn + ρ: Khối lượng riêng khơng khí (kg/m3) + A: Diện tích quét cánh rotor (m2) + V: Tốc độ gió (m/s) Cơng suất đầu vào gió thổi vào cánh rotor: P = * ρV3 (w/m2) Đối với cơng suất đầu vào gió thổi vào cánh rotor phụ thuộc vào mật độ khơng khí Đây khơng phải cơng suất cuối thu gió mà cịn có cơng suất đầu cánh 24 Công suất thu từ cánh rotor: P0 = khối lượng dòng chảy giây * (V2 – (V0)2) Trong đó: + P0: Cơng suất thu từ rotor + V: Vận tóc gió đầu vào cánh rotor + V0: Vận tóc gió đầu cánh rotor Công suất thu từ rotor công suất tính cơng thức: (𝑉+𝑉₀) 2 P0 = [ ρ * A * ] * ( V2 – (V0)2 ) Cơng thức có thể xếp lại sau: P0 = * ρ * A * V * ( 1+ V₀ V₀ ) [ 1− ( )² ] V V 2 Đặt: Cp = ( 1+ V₀ V₀ ) [ 1− ( )² ] V V Công thức viết gọn lại: P0 = * ρ * A * V3 * Cp Trong đó: + Cp: Phân số cơng suất gió vào Hệ số Cp gọi hệ số công suất rotor hoặc hiệu suất rotor Cp phụ thuộc vào tỉ lệ 25 V₀ V , CP = 0.59 V₀ V = Như vậy, cơng suất cực đại có thể thu rotor là: PMAX = * ρ * A * V3 * 0.59 Tuy nhiên, thực tế thiết kế hệ số Cp ln nhỏ 0.59 Đối với loại turbine có hai hoặc ba cánh làm việc với tốc cao Cp < 0.5 Đối với loại turbine có nhiều cánh làm việc tốc độ gió khơng cao Cp nằm khoảng 0.2 < Cp < 0.4 Nếu thực tế có thể lấy giá trị cực đại Cp 0.5 cơng suất cực đại lấy từ rotor tính sau: PMAX = * ρ * V3 3.1.2 Diện tích quét rotor Trong việc tính tốn cơng suất, cơng suất tính tốn turbine gió thay đổi theo diện tích qt rotor Đối với loại turbine trục nằm ngang, diện tích quét rotor tính sau: A= 𝜋 * D2 Trong đó: + D: Đường kính rotor Đối với loại turbine trục đứng loại Darrieus, việc tính tốn diện tích qt lại phức tạp hơn: A= * (chiều cao nơi lớn nhất) * (chiều cao rotor) 26 3.1.3 Mật độ khơng khí Cơng suất turbine thay đổi theo mật độ khơng khí, cịn mật độ khơng khí thay đổi theo áp suất nhiệt độ Theo định luật khí, ta có cơng thức: ρ= 𝑃 𝑅∗𝑇 Trong đó: + P: Áp suất khơng khí + T: Nhiệt độ tuyệt đối 27 CHƯƠNG PHÂN TÍCH KINH TẾ 4.1 Dựa vào chương trình Wind Forces 12 giới, xây dựng chương trình Wind Forces 12 Việt Nam 4.1.1 Chương trình Wind Forces 12 giới Tiềm năng lượng gió vơ lớn chuyên gia dự báo lượng điện gió có thể chiếm 12% tổng lượng giới Sau bảng tóm tắt số liệu thống kê chương trình: Bảng 4.1.1 Số liệu thống kê chương trình Wind Forces 12 giới 28 29 CHƯƠNG KẾT LUẬN 5.1 Kết đạt Qua trình tìm hiểu, nghiên cứu từ thân giúp đỡ trực tiếp Giáo viên hướng dẫn Thầy TS Lê Phương Trường đóng góp góp ý hội đồng lần báo cáo tiến độ giúp nhóm chúng em hồn thành đồ án “Thiết kế thi cơng máy phát điện gió” 5.2 Kết luận Qua q trình tìm hiểu nghiên cứu thân giúp đỡ giáo viên hướng dẫn nhóm chúng em thực máy phát điện Chúng em hiều thiết kế nào? Và thi công để máy phát điện gió hồn thiện Và sau thi cơng, nhóm chúng em đưa mơ hình hoạt động thực tế ghi nhận thông số Tuy nhiên, không tránh khỏi thiếu xót khả nhóm chúng cịn bị hạn chế số mặt (kỹ năng, thiết bị, kinh tế) Rất mong nhận đóng góp Qúy thầy hội đồng để nhóm chúng em có thể hoàn thiện 5.3 Hướng phát triển đề tài Đề tài chúng em đưa mơ hình máy phát điện gần giống phát điện thực tế Tuy nhiên, số hạn chế, mô hình nhóm chúng em đạt thơng số mức vừa, đáp ứng yêu cầu mức vừa nhỏ Nếu phát triển thêm, nâng mức cơng suất lên cao mơ hình chúng em hồn tồn có thể đưa vào ứng dụng thực tế, đáp ứng cầu sử dụng cao 30 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hiệp hội lượng gió giới, Cơng suất điện gió toàn giới đạt 650,8 GW https://wwindea.org/ [2], [3] International Renewable Energy Agency, Renewable capacity statistics, Abu Dhabi, Renewable Energy Capacity Statistics 2020 (irena.org) [4] BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆT NAM http://moit.gov.vn/tin-tuc/phat-trien-nang-luong/84-du-an-dien-gio-kip-van-hanhthuong-mai-voi-tong-cong-suat-hon-3.980-mw.html [5] https://mobitool.net/wp-content/uploads/cac-loai-mo-hinh-dien-gio-3.jpg [6] https://images.slideplayer.com/98/17072228/slides/slide_25.jpg [7] https://mysolar.vn/wp-content/uploads/tuabin.jpg [8] https://sudospaces.com/vietchem-com-vn/2018/05/thiet-bi-do-toc-do-gio-va-nhiet-extechan400.png [9] https://5.imimg.com/data5/TL/OU/AD/SELLER-5986475/yaw-bearing-500x500.jpg [10] https://palda.vn/wp-content/uploads/2020/10/he-thong-lam-mat-bang-nuoc.jpg [11] https://www.esig.energy/wp-content/uploads/2018/06/Wind_turbine_GE.png [12] https://www.power-technology.com/wp-content/uploads/sites/21/2017/09/1-12.jpg [13] https://www.ge.com/renewableenergy/sites/default/files/2020-02/wind-onshore-2.75120-wind-turbines-emsdetten-germany-3000px.jpg 31 [14] https://en.wind-turbine-models.com/getfoto-B2X3toDRs3l-turbine-general-electric_ge3-6s.jpg [15] https://www.ge.com/renewableenergy/sites/default/files/2020-02/GE-Poster-WindOnshore-3MW-Platform-2500px.jpg 32 ... ƠN Sau thời gian học tập rèn luyện Trường Đại học Lạc Hồng tôn trọng biết ơn, chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Lạc Hồng, quý thầy cô khoa Cơ Điện - Điện Tử truyền dạy... ngày 1/11/2021, Việt Nam có 146 dự án ký hợp đồng mua bán điện với EVN với tổng công suất 8.170 MW, có 84 dự án điện gió kịp vận hành thương mại [4] Các nhà máy điện gió lớn Việt Nam tập trung tỉnh... PHÁT ĐIỆN GIĨ” với mong muốn tìm giải pháp nâng cao sản lượng điện tạo để phần giảm bớt áp lực lên sản lượng điện nhà nước, đồng thời áp dụng kiến thức học vào thực tế giúp tạo sản lượng điện