BÁO CÁO MÔN HỌC TIẾNG ANH CHUYÊN NGÀNH KỶ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ CHƯƠNG 12. NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG GIÓ (WECS)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO MÔN HỌC TIẾNG ANH CHUYÊN NGÀNH KỶ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ CHƯƠNG 12 NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG GIÓ (WECS) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN Ths Trần Trung Khánh Ngô Việt Tứ - 1800188 Cần Thơ, 2022 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Trần Trung Khánh giảng viên giảng dạy truyền đạt kiến thức để giúp em hoàn thành học phần tạo điều kiện tốt cho em trình học tập để thực báo cáo Qua đây, em xin chân thành cảm ơn thầy cô bạn bè, gia đình ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt trình học bồ sung hoàn tất học phần tốt đẹp Cần Thơ, ngày 25, tháng 07, năm 2022 Sinh viên thực Ngô Việt Tứ [Type here] NHẬN XÉT ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… [Type here] ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… MỤC LỤC Chapter 12: Wind Energy And Wind Energy Converstion Sytem (WECS) 12.1 INTRODUCTION/ GIỚI THIỆU .5 12.2 ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF WIND ENERGY CONVERSION SYSTEMS/ ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM .6 12.3 CATALOG OF TURBINE/ PHÂN LOẠI CÁC TURBIN 12.5 TYPE OF GENERATOR USED IN WIND TURBINES/ CÁC LOẠI MÁY PHÁT SỬ DỤNG CHO TURBIN GIÓ 12.8 POWER IN WIND/ SỨC MẠNH CỦA GIÓ .7 12.9 EFFECTS OF WIND FORCE/ ẢNH HƯỞNG LỰC CỦA GIÓ 12.11 WIND MEASUREMENTS/ ĐO GIÓ 12.14.1 GENERATOR EFFICIENCY/ HIỆU QUẢ MÁY PHÁT 12.14.2 GEARBOX/ HỘP SỐ .10 12.16 GRID CONNECTION/ KẾT NỐI LƯỚI 10 GRAMMA/ Các cấu trúc ngữ pháp: 15 [Type here] Trường đại học kỹ thuật - công nghệ Cần Thơ GVHD: ThS Trần Trung Khánh Chapter 12: Wind Energy And Wind Energy Converstion Sytem (WECS) (NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG GIÓ (WECS)) 12.1 INTRODUCTION/ GIỚI THIỆU The wind results from the large-scale movements of air masses in the air in motion Succinctly put, wind is air in motion These movements of air created on a global scale primarily by differential solar heating of the earth’s atmosphere Thus, wind energy, like hydro, is also an indirect form of solar energy Like the sun, wind energy depends on geographic location at the time of the year In addition, there are also a number of local effects For example, differential heating of the sea and the land also affects the general flow The type of the terrain, such as mountains and valleys or more local obstacles in terms of buildings and trees, also has an important effect on the resulting wind Gió kết chuyển động quy mô lớn khối khí khơng khí chuyển động Nói cách ngắn gọn, gió khơng khí chuyển động Những chuyển động khơng khí tạo quy mơ tồn cầu chủ yếu đốt nóng khác biệt lượng mặt trời bầu khí trái đất Giống mặt trời, lượng gió phụ thuộc vào vị trí địa lý vào thời điểm năm Ngồi ra, cịn có số hiệu ứng cục Ví dụ, gia nhiệt chênh lệch biển đất liền ảnh hưởng đến dịng chảy chung Loại địa hình, chẳng hạn núi thung lũng nhiều chướng ngại vật cục tịa nhà cối, có ảnh hưởng quan trọng đến gió Trường đại học kỹ thuật - công nghệ Cần Thơ GVHD: ThS Trần Trung Khánh 12.2 ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF WIND ENERGY CONVERSION SYSTEMS/ ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM ADVANTAGES OF A WIND ENERGY CONVERSION SYSTEM  It's the technology with the lowest cost  It is a source of energy available in most countries  Supplied from the natural flow of the wind and does not pollute the damage  Create opportunities to build systems for places with small land areas and provide sources of income for users DISAVANTAGES OF A WIND ENERGY CONVERSION SYSTEM  Wind power sources are not in constant supply and are not capable of storage  The initial cost is very high  Arises competition for the purpose of land use  Remote construction location causes price increases between power grids  Noise and aesthetic concerns ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG GIĨ  Là cơng nghệ có chi phí thấp  Là nguồn lượng có sẵn hầu hết quốc gia  Được cung cấp từ dịng chảy tự nhiên gió khơng gây ô nhiểm thiệt hại  Tạo hội xây dựng hệ thống cho nơi có diện tích đất nhỏ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG GIÓ  Nguồn điện gió khơng cung cấp liên tục khơng có khả lưu trữ  Chi phí địi hỏi ban đầu cao  Phát sinh canh tranh với mục đích việc sử dụng đất  Vị trí xây dựng xa gây nên việc tăng giá tiền lưới điện  Vấn ngại tiếng ồn thẩm mỹ Trường đại học kỹ thuật - công nghệ Cần Thơ GVHD: ThS Trần Trung Khánh 12.3 CATALOG OF TURBINE/ PHÂN LOẠI CÁC TURBIN Wind turbines turn the kinetic energy of the moving air into electric power or mechanical work There are various WECSs They can be classified as (1) horizontal-axis converters, (2) verticalaxis converters, and (3) upstream power stations Tua bin gió biến động khơng khí chuyển động thành cơng học Có nhiều WECS khác Chúng phân loại (1) chuyển đổi trục ngang, (2) chuyển đổi trục dọc, (3) trạm điện thượng nguồn 12.5 TYPE OF GENERATOR USED IN WIND TURBINES/ CÁC LOẠI MÁY PHÁT SỬ DỤNG CHO TURBIN GIÓ There are three types of electrical machines that can convert mechanical power into electrical power, which are the dc generator, the synchronous alternator, and the induction generator In the past, the shunt-wound dc generators are commonly used in small battery-charging wind turbines In these generators, the field is on the stator and the armature is on the rotor A commutator on the rotor rectifies the generated power to dc Có ba loại máy điện biến đổi thành điện năng, máy phát điện chiều, máy phát điện xoay chiều đồng máy phát điện cảm ứng Trong khứ, máy phát điện chiều cuộn dây shunt thường sử dụng tuabin gió sạc pin nhỏ Trong máy phát điện này, trường stato phần ứng rôto Một cổ góp rơto chỉnh lưu cơng suất sinh thành điện chiều 12.8 POWER IN WIND/ SỨC MẠNH CỦA GIÓ The wind speed is always fluctuating, and thus, the energy content of the wind is always changing The variation depends on the weather and on local surface conditions and obstacles to the wind flow Power output from a wind turbine will vary as the wind varies, even though the most rapid varia- tions will to some extent be compensated for by the inertia of the wind turbine rotor Tốc độ gió ln dao động, đó, nội dung lượng gió ln thay đổi Sự thay đổi phụ thuộc vào thời tiết điều kiện bề mặt địa phương trở ngại luồng gió Sản lượng điện từ tuabin gió thay đổi gió thay đổi, biến thể nhanh mức độ bù đắp qn tính rơto tuabin gió Người ta thường biết tồn cầu ban ngày gió nhẹ ban đêm Sự thay Trường đại học kỹ thuật - công nghệ Cần Thơ GVHD: ThS Trần Trung Khánh It is common knowledge around the đổi chủ yếu kết chênh globe that it is windier during the day lệch nhiệt độ có xu hướng lớn vào time than at night This variation is ban ngày so với ban đêm mostly as a result of temperature differences that tend to be larger during the day than at night 12.9 EFFECTS OF WIND FORCE/ ẢNH HƯỞNG LỰC CỦA GIÓ In any WECS, the support of the tower on which the wind generator is mounted must be considered When a wind blows on a wind turbine, it applies a force on the blades Because of this, large wind turbines mounted on high towers must be properly supported Also, many wind turbines have an automatic high-wind shutdown feature This future automatically turns the blades so that they become parallel to the wind and it can escape any damage to the WECS system Trong WECS nào, hỗ trợ tháp mà máy phát điện gió gắn phải xem xét Khi gió thổi vào tuabin gió, tác dụng lực lên cánh Do đó, tuabin gió lớn gắn tháp cao phải hỗ trợ thích hợp Ngồi ra, nhiều tuabin gió có tính tự động ngắt mức gió lớn Tương lai tự động quay cánh quạt để chúng trở nên song song với gió khỏi thiệt hại hệ thống WECS 12.11 WIND MEASUREMENTS/ ĐO GIÓ Wind measurement equipment usually Thiết bị đo gió thường bao gồm consists of an anemometer, which máy đo gió, đo tốc độ gió cánh measure wind speed, and a wind vane, gió, đo hướng gió Ở hầu hết quốc Trường đại học kỹ thuật - công nghệ Cần Thơ which measures wind direction In most countries, a national meteorological institute has measured and collected data on the winds since the nineteenth century They register wind speed, wind direction, temperature, and other kinds of meteorological data several times a day (every h, day and night) all year around GVHD: ThS Trần Trung Khánh gia, viện khí tượng quốc gia đo đạc thu thập liệu gió từ kỷ XIX Họ đăng ký tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ loại liệu khí tượng khác nhiều lần ngày (4 lần, ngày đêm) quanh năm 12.14.1 GENERATOR EFFICIENCY/ HIỆU QUẢ MÁY PHÁT A wind turbine can never utilize all the power in the wind The amount of power that can be utilized by a wind turbine is given by power coefficient, Cp It is known that (based on Betz’ law) the maxi- mum value of this coefficient is 0.59 It varies with the wind speed For the most wind turbines, the maximum value varies between 0.45 and 0.50 at a wind speed of 8–10 m/s In order to convert the power in the wind from the revolving rotor to electric power, it is passed through a gearbox and a generator, or, for direct-drive turbines, through a generator and an inverter In this conversion process, some power will be lost Also, the efficiency of the individual components will vary with the wind speed Một tuabin gió khơng sử dụng tất sức mạnh gió Lượng cơng suất sử dụng tuabin gió cho hệ số công suất, Cp Được biết, (dựa định luật Betz) giá trị tối đa hệ số 0,59 Nó thay đổi theo tốc độ gió Đối với hầu hết tuabin gió, giá trị lớn thay đổi khoảng 0,45 đến 0,50 tốc độ gió 8–10 m / s Để chuyển đổi cơng suất gió từ rơto quay thành cơng suất điện, truyền qua hộp số máy phát điện, tuabin truyền động trực tiếp, thông qua máy phát điện biến tần Trong trình chuyển đổi này, số điện bị Ngoài ra, hiệu thành phần riêng lẻ thay đổi theo tốc độ gió Trường đại học kỹ thuật - công nghệ Cần Thơ GVHD: ThS Trần Trung Khánh 12.14.2 GEARBOX/ HỘP SỐ Typically, on a large modern wind turbine, the rotor has a rotational speed of 20–30 rpm, while the generator will need to rotate at 1520 rpm In order to increase the speed, a gearbox is used If the turbine rotor runs at 30 rpm, a gear change of 30:1520 = 1:50.7 is required That is, one revolution of the main shaft has to be increased to 50.7 revolutions on the secondary shaft that is connected to the generator Generally, a gearbox has several steps, thus the rotational speed is increased stepwise Losses can be estimated at 1% per step In wind turbines, three-step gearboxes are usually used and the efficiency of the gearbox will then be about 97% However, wind turbines with a directdrive generators and variable speed not need any gear- box Instead, the frequency and voltage of the electrical current will vary with the rotational speed Thông thường, tuabin gió lớn đại, rơto có tốc độ quay 20–30 vòng / phút, máy phát cần quay tốc độ 1520 vòng / phút Để tăng tốc độ, hộp số sử dụng Nếu rôto tuabin chạy với tốc độ 30 vịng / phút cần chuyển số 30: 1520 = 1: 50,7 Có nghĩa là, vịng quay trục phải tăng lên 50,7 vòng trục thứ cấp kết nối với máy phát điện Nói chung, hộp số có số bước, tốc độ quay tăng lên bước Tổn thất ước tính 1% cho bước Trong tuabin gió, hộp số ba bước thường sử dụng hiệu suất hộp số đạt khoảng 97% Tuy nhiên, tuabin gió có máy phát điện dẫn động trực tiếp tốc độ thay đổi khơng cần hộp số Thay vào đó, tần số điện áp dòng điện thay đổi theo tốc độ quay 12.16 GRID CONNECTION/ KẾT NỐI LƯỚI The term “grid” is often used loosely to describe the totality of the network Specifically, grid- connected means connected to any part of the network The term “national grid” usually means the EHV transmission network Thuật ngữ "lưới" thường sử dụng lỏng lẻo để mô tả tổng thể mạng Cụ thể, kết nối lưới có nghĩa kết nối với phần mạng Thuật ngữ “lưới điện quốc gia” thường có nghĩa mạng lưới truyền tải EHV 10 Trường đại học kỹ thuật - công nghệ Cần Thơ GVHD: ThS Trần Trung Khánh Example: 11 Trường đại học kỹ thuật - công nghệ Cần Thơ GVHD: ThS Trần Trung Khánh Example 12.1 Consider a wind turbine that is rated at 100 kW in a 10 m/s wind speed in air at standard condi- tions If power output is directly proportional to air density, determine the power output of the wind turbine in a 10 m/s wind speed at a temperature of 20°C at a site that has the elevation of (a) One thousand meters above sea level (b) Two thousand meters above sea level Ví dụ 12.1 Hãy xem xét tuabin gió có cơng suất 100 kW với tốc độ gió 10 m / s khơng khí điều kiện tiêu chuẩn Nếu sản lượng điện tỷ lệ thuận với mật độ khơng khí, xác định sản lượng điện tuabin gió tốc độ gió 10 m / s nhiệt độ 20 ° C địa điểm có độ cao Solution From Figure 12.8, the average pressure at the 1000 m elevation is 90 kPa and from Equation 12.7, the density at 20°C = 293 K Giải: Từ Hình 12.8, áp suất trung bình độ cao 1000 m 90 kPa từ Công thức 12.7, khối lượng riêng 20°C = 293 K Thus, the power output at the conditions is just the ratio of this density to the density at standard conditions times the power at standard conditions: (a) Một nghìn mét mực nước biển (b) Hai nghìn mét mực nước biển Do đó, sản lượng điện điều kiện tỷ số mật độ với mật độ điều kiện tiêu chuẩn nhân với công suất điều kiện tiêu chuẩn: 12 Trường đại học kỹ thuật - công nghệ Cần Thơ From Figure 12.8, the average pressure of the 2000 m elevation is 80 kPa and since the temperature is still 20°C = 293 K, the density Hence, the power at the 2000 m elevation is GVHD: ThS Trần Trung Khánh Từ Hình 12.8, áp suất trung bình độ cao 2000 m 80 kPa nhiệt độ 20 ° C = 293 K, mật độ Do đó, sức mạnh độ cao 2000 m Example 12 Determine the amount of power that is present in a 10 m/s wind striking a windmill whose blades have a radius of m Solution The area swept by the blades of the wind turbine is Ví dụ 12.2 Xác định cơng suất có gió 10 m / s tác động vào cối xay gió có cánh có bán kính m Giải Khu vực bị quét cánh tuabin gió Thus, the power that is present in the wind is Do đó, sức mạnh diện gió 13 Trường đại học kỹ thuật - công nghệ Cần Thơ GVHD: ThS Trần Trung Khánh If the turbine power coefficient (Cp) is 0.20, then the amount that will be converted to usable electrical power is Nếu hệ số công suất tuabin (Cp) 0,20, lượng chuyển đổi thành cơng suất điện sử dụng Example 12.3 If the average wind speeds on an open plain (roughness class 1) is known to be m/s at 10 m height, determine the wind speed at 50 m height Solution From Table 12.1, α = 0.15 and using Equation 12.15, Ví dụ 2.3 Nếu tốc độ gió trung bình đồng trống (cấp độ nhám 1) biết m / s độ cao 10 m, xác định tốc độ gió độ cao 50 m Giải Từ Bảng 12.1, α = 0,15 sử dụng Công thức 12.15, 14 Trường đại học kỹ thuật - công nghệ Cần Thơ GVHD: ThS Trần Trung Khánh 15 Trường đại học kỹ thuật - công nghệ Cần Thơ GVHD: ThS Trần Trung Khánh Example 12.4 Assume that the average wind speed at a point A is m/s, while at point B is m/s In order to capture kW, determine the blade diameter d for a wind turbine operating Ví dụ 12.4 Giả sử tốc độ gió trung bình điểm A m / s, điểm B m / s Để thu kW, xác định đường kính cánh d cho tuabin gió hoạt động At point A At point B Solution Using Equation 12.10, the given wind speed needs to be converted to ft/s as (a) Tại điểm A (b) Tại điểm B Giải Sử dụng Cơng thức 12.10, tốc độ gió cho cần chuyển đổi thành ft 16 Trường đại học kỹ thuật - công nghệ Cần Thơ GVHD: ThS Trần Trung Khánh GRAMMA/ Các cấu trúc ngữ pháp: CẤU TRÚC SO SÁNH HƠN Therefore, a smaller (cheaper) wind turbine could be employed at point A and provide the same power as a larger wind turbine at point B CẤU TRÚC ĐẠI TỪ QUAN HỆ Wind measurement equipment usually consists of an anemometer, which measure wind speed, and a wind vane, which measures wind direction CẤU TRÚC MỆNH ĐỀ IF If its power output is at 120 V at 60 Hz, determine the net efficiency of this WECS at a wind speed of 20 mph Vocabulary/ Từ vựng: Wind turbine : Turbin gió Integration: Hội nhập Gearbox: Hộp số Tranmission Systems: Hệ thống truyền dẫn Generator: Máy phát Grid: Lưới, mạng lưới Net Metering: Đo lường Coastal: Duyên hải Eliminating bottlenecks in high-load corridors: Loại bỏ trì hỗn hành lang chịu tải cao System reliability: Độ tin cậy hệ thống Photovoltaics: Quang điện 17 Trường đại học kỹ thuật - công nghệ Cần Thơ GVHD: ThS Trần Trung Khánh 18