năng lượng gió - chủ nhiệm đề tài ks dương thị thanh lương

bộ nông nghiệp phát triển nông thôn viện khoa học thủy lợi báo cáo tổng kết chuyên đề Năng lợng gió thuộc đề tài kc 07.04: nghiên cứu, lựa chọn công nghệ thiết bị để khai thác sử dụng loại lợng tái tạo chế biến nông, lâm, thủy sản, sinh hoạt nông thôn bảo vệ môi trờng Chủ nhiệm đề tài: kS dơng thị lơng 5817-13 16/5/2006 hà nội 5/2006 BO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Trung tâm Nghiên cứu Thiết bị nhiệt Năng lượng BÁO CÁO KHKT ĐỀ TÀI KC – 07 – 04 “Nghiên cứu lựa chọn công nghệ thiết bị để khai thác sử dụng loại lượng tái tạo chế biến nông – lâm – thủy sản, sinh hoạt bảo vệ môi trường nông thôn” PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ Tp.HCM 12/2003 -1– LỜI MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU Việt Nam nước nông nghiệp với 80% dân số sống làm việc nông thôn Trong khoảng 47% sống đồng sông Hồng sông Cửu Long với tiềm đất đai, tài nguyên khoáng sản, rừng biển to lớn Do nông thôn luôn đóng vai trò quan trọng nghiệp phát triển kinh tế – xã hội đất nước Để thúc đẩy phát triển ngành kinh tế, nâng cao dân trí, giảm tỷ lệ gia tăng dân số…Nhà nước có nhiều sách xây dựng phát triển nông thôn – Một sách lớn chương trình điện khí hóa nông thôn chương trình KHCN KC – 07 “ Công nghiệp hóa đại hóa nông thôn” Theo dự báo nhu cầu tiêu thụ điện nông thôn đến năm 2010 ( tổng sơ đồ phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn IV) dự kiến công điện khí hoá nông thôn hoàn thành vào năm 2010 với khoảng 70% số hộ nông thôn sử dụng lưới điện quốc gia Ngày 12/02/1999 Chính phủ định số 22/1999 QĐTT phê duyệt đề án điện nông thôn đến năm 2000 với nguyên tắc đạo “…Việc đưa điện nông thôn phải kết hợp phát triển điện quốc gia điện chỗ : thủy điện nhỏ, điện gió, điện mặt trời, hầm khí biogas…Trên sở phân tích tối ưu thị yếu tố khác liên quan…” Với vùng nông thôn xa xôi hẻo lánh, vùng miền núi hải đảo nơi có tiềm lượng gió việc sử dụng động gió phát điện bơm nước phục vụ cho sản xuất đời sống giải pháp tối ưu Tuy BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE -2– LỜI MỞ ĐẦU nhiên vấn đề đặt là: làm để sử dụng cách có hiệu nguồn lượng vô tận này? Đề tài nhánh phần Năng lượng Gió thuộc “Đề tài KC – 07 – 04” thực với mục tiêu : Xác định giải pháp công nghệ chế tạo loại thiết bị Động gió nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường nước để khai thác sử dụng có hiệu nguồn lượng gió phục vụ sản xuất sinh hoạt cho vùng nông thôn Việt Nam Với mục tiêu này, đề tài nhánh phần “Năng lượng Gió” tiến hành việc phân tích cách có hệ thống yếu tố tiềm gió, nhu cầu lượng phục vụ sản xuất đời sống vùng nông thôn Việt Nam trình độ công nghệ để tìm vấn đề tồn thiết kế công nghệ chế tạo nhằm đưa mẫu thiết bị thích hợp có khả ứng dụng thực tế sản xuất đời sống Để nâng cao chất lượng công việc nghiên cứu, thiết kế đề tài tập hợp đội ngũ chuyên gia liên ngành như: điện – điện tử, công nghệ thông tin, công nghệ tự động hoá, công nghệ chế tạo máy vật liệu mới… Trong trình nghiên cứu đề tài tập trung nghiên cứu kỹ tài liệu nước, tiến hành lựa chọn cách có chọn lọc mẫu nghiên cứu phù hợp với điều kiện công nghệ chế độ gió Việt Nam Nội dung nghiên cứu công việc đề tài : Nghiên cứu tài liệu kỹ thuật, phân tích mẫu mã nước động gió phát điện bơm nước để thực việc nghiên cứu mẫu Nghiên cứu lý thuyết, tính toán thiết kế cấu thành động gió phát điện vận tốc chậm, động gió phát điện quay nhanh, động BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE -3– LỜI MỞ ĐẦU gió bơm nước cột áp cao, động gió bơm nước cột áp thấp như: bánh xe gió, cấu định hướng… Nghiên cứu giải pháp khoa học công nghệ Chế tạo lắp đặt thử nghiệm 04 hệ thống động gió phát điện bơm nước Hoàn thiện thiết kế lập qui trình công nghệ chế tạo sản phẩm Các sản phẩm đề tài là: Động gió bơm nước cột áp cao BP 350-12 • Đường kính bánh xe gió: D = 3,5m • Vận tốc gió định mức: V = 8m/s • Số cánh: B = 12 • Lưu lượng nước: Q ≤ 1,25m3/h ôû H ≤ 20m Q ≤ 2,5m3/h ôû H ≤ 10m 8m/s Động gió bơm nước cột áp thấp BP 450 – 12 • Đường kính bánh xe gió: D = 4,5m • Vận tốc gió định mức: V = 8m/s • Số cánh: B = 12 • Lưu lượng nước: Q ≤ 40m3/h 8m/s • Cột áp: H ≤ 2m Động gió phát điện vận tốc chậm PD 280 – • Đường kính bánh xe gió: D = 2,8m • Vận tốc gioự ủũnh mửực: V = 8m/s ã Soỏ caựnh: B=3ữ6 • Công suất định mức: N = 300W ÷ 500W Động gió phát điện vận tốc nhanh PD 220 - • Đường kính bánh xe gió: D = 2,2m • Vận tốc gió định mức: V = 10m/s ã Soỏ caựnh: B=2ữ4 ã Coõng suaỏt ủũnh mửực: N = 500W ÷ 1000W BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE -4- Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LƯNG GIÓ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Chương TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LƯNG GIÓ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC § - Ngoài nước Kể từ khủng hoảng dầu lửa đầu thập niên 70, nhiều nước giới điều chỉnh sách lượng hướng nguồn lượng lượng tái tạo Trong số nước lượng gió đánh gía nguồn lượng đóng góp phần đáng kể cân lượng quốc gia 1.1.1 Sự phát triển động gió công suất lớn hoà mạng lưới điện quốc gia: • Tổng công suất lắp đặt số lượng động gió lắp đặt giới : Từ năm 1991 trở trước, Mỹ quốc gia dẫn đầu tổng công suất lắp đặt tuabin gió, riêng bang California (1991) số lượng tuabin gió lắp đặt 16387 tổng công suất 1679 MW Nhưng nay, Châu u vượt qua Mỹ công suất lắp đặt có xu hướng phát triển mạnh mẽ Hiệp hội Năng lượng Gió Hoa Kỳ (AWEA) dự định tới năm 2007 lắp đặt 4.000 MW Còn mục tiêu Hiệp Hội Năng lượng Gió Châu Âu đến năm 2030, tổng công suất lắp đặt tuabin gió lên đến 15.000MW Hiện nay, hãng chế tạo động gió hàng đầu giới phần lớn thuộc Châu Âu với 80% thị phần Năm 1997, Các Hiệp hội Năng lượng Gió dự tính tổng công suất lắp đặt toàn giới vào cuối năm 2001 11.400 MW đến ngày 18/07/2001 tổng công suất lắp đặt toàn giới 18.6100 MW Riêng Châu Âu 13.664 MW Dưới bảng thống kê công suất lắp đặt động gió nước giới tính đến ngày 18/07/2001 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE -5- Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LƯNG GIÓ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC No 10 11 12 13 14 15 Tên nước Germany USA Spain Denmark India Italia Netherlands U.K China Sweden Greece Japan Canada Ireland Portugal Tổng cộng : toàn giới Tổng cộng Châu u Tổng công suất lắp đặt (MW) 6.900 2.568 2.567 2.346 1.120 506 475 413 340 258 208 150 140 118 105 : 18.600 MW : 13.664 MW Năm 2002, tốc độ phát triển lượng gió giới tăng không đáng kể, vượt trội năm 2001 5,9 % Riêng Châu Âu lắp thêm 6.163MW, tăng 36,1 % so với năm 2001 Sự phát triển việc sử dụng lượng gió Châu Âu toàn giới biểu diễn hình BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE -6- Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LƯNG GIÓ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Như thấy hình (1) tăng trưởng việc lắp đặt tuabin gió từ 1998 dấâu hiệu cho thấy ngày nhiều nước quan tâm phát triển việc sử dụng lượng gió Kết luận hoàn toàn củng cố dự đoán phát triển lượng gió năm 2007 Theo dự đoán , lượng sản xuất từ tuabin gió có triển vọng tăng từ 32.037MW đến 83.000MW toàn giới đến năm 2007 [2] Riêng Châu Âu, tới năm 2007, công suất lắp đặt có triển vọng tăng đến 58.000MW Điều có nghóa phát triển lượng gió hàng năm giới 6.960MW/năm Theo dự tính trên, Châu Âu chiếm 68% tổng công suất lắp đặt toàn cầu Cũng hình ta thấy: công suất lắp đặt tích lũy từ WTs (tuabin gió) Châu u 23.832MW vào cuối năm 2002 toàn giới 32.037MW Như cho thấy Châu Âu nắm giữ vai trò chủ chốt ngành công nghiệp lượng gió BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE -7- Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LƯNG GIÓ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE -8- Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LƯNG GIÓ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Ở Châu Mỹ, công suất lắp đặt WTs giảm : • Naêm 2000 : 180MW • Naêm 2001 : 1.745MW • Năm 2002 : 495MW Ở Châu Á vậy, công suất lắp đặt giảm 17%, năm 2001 (511MW) xuống 424MW năm 2002 Ở Châu Lục khác, công suất lắp đặt tăng từ 42MW (2001) tới 147MW (2002) Ba nước Châu u: Đức, Tây Ban Nha, Đan Mạch nước hàng đầu việc lắp đặt WTs Trong tổng số 6.163MW lắp đặt Châu Âu năm 2002 có 5270MW lắp đặt nước Hiện công ty sản xuất tuabin gió lớn giới phần lớn thuộc Châu Âu BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE 10 1.11 1.24 1.37 1.49 1.62 1.75 0.83 0.92 1.02 1.11 1.21 1.30 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 4 4 4 33.6 31.6 29.7 28.0 26.5 25.0 Diện tích quét : S quét = Diện tích cánh : S cánh = Tỷ số choán : δ= 29.6 27.6 25.7 24.0 22.5 21.0 0.35 0.35 0.34 0.33 0.32 0.31 9.62 0.39 0.49 Sau ta tiến hành tuyến tính hóa thông số hình học cánh số liệu tính toán đưa vào bảng phần phụ lục TT 10 r β(độ) 0.60 0.73 0.86 0.98 1.11 1.24 1.37 1.49 1.62 1.75 40.0 37.1 34.4 31.9 29.6 27.6 25.7 24.0 22.5 21.0 C(m) 0.32 0.34 0.35 0.36 0.35 0.35 0.34 0.33 0.32 0.31 Kết sau tuyến tính Các hệ số tuyến tính a1 -0.03 -0.03 -0.03 -0.03 -0.03 -0.03 -0.03 -0.03 -0.03 -0.03 a2 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 b1 -16.2 -16.2 -16.2 -16.2 -16.2 -16.2 -16.2 -16.2 -16.2 -16.2 b2 48.3 48.3 48.3 48.3 48.3 48.3 48.3 48.3 48.3 48.3 βmới 38.5 36.4 34.4 32.3 30.2 28.2 26.1 24.0 21.9 19.9 b- Động gió bơm nước cột áp thấp BP 450 – 12 Các thông số ban đầu: • Đường kính bánh xe gió: D = 4,5m (R = 2,25m) • Hệ số lực nâng: CL = 1,1 • Góc tối ưu: α = 4o • Bán kính cửa sổ gió (gốc cánh): r = 0,6m Các thông số thay đổi cho phương án khác nhau: • λ = 1,1 với B = 18 -9- C 0.36 0.36 0.35 0.35 0.34 0.34 0.34 0.33 0.33 0.33 • • • • λ = 1,2 với B = 16 λ = 1,3 với B = 14 λ = 1,4 với B = 12 λ = 1,5 với B = 12 Bảng 2.1b Kết tính toán thông số hình học động gió bơm nước BP 450 – 12 λ = 1,5 vaø B = 12 TT 10 r 0.60 0.78 0.97 1.15 1.33 1.52 1.70 1.88 2.07 2.25 λr 0.40 0.52 0.64 0.77 0.89 1.01 1.13 1.26 1.38 1.50 Cl 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 α(độ) 4 4 4 4 4 φ(độ) 45.5 41.6 38.1 35.0 32.2 29.8 27.6 25.7 24.0 22.5 Diện tích quét : S quét = Diện tích cánh : S cánh = Tỷ số choán : δ= TT 10 r 0.60 0.78 0.97 1.15 1.33 1.52 1.70 1.88 2.07 2.25 β(độ) 41.5 37.6 34.1 31.0 28.2 25.8 23.6 21.7 20.0 18.5 a1 -0.04 -0.04 -0.04 -0.04 -0.04 -0.04 -0.04 -0.04 -0.04 -0.04 - 10 - a2 0.43 0.43 0.43 0.43 0.43 0.43 0.43 0.43 0.43 0.43 C(m) 0.34 0.38 0.39 0.40 0.39 0.38 0.37 0.35 0.34 0.32 15.90 0.62 0.47 Kết sau tuyến tính Các hệ số tuyến tính C(m) 0.34 0.38 0.39 0.40 0.39 0.38 0.37 0.35 0.34 0.32 β(độ) 41.5 37.6 34.1 31.0 28.2 25.8 23.6 21.7 20.0 18.5 b1 -13.6 -13.6 -13.6 -13.6 -13.6 -13.6 -13.6 -13.6 -13.6 -13.6 b2 47.3 47.3 47.3 47.3 47.3 47.3 47.3 47.3 47.3 47.3 βmới 39.1 36.6 34.1 31.6 29.2 26.7 24.2 21.7 19.2 16.7 C 0.41 0.40 0.39 0.39 0.38 0.37 0.36 0.35 0.35 0.34 c- Động gió phát điện vận tốc chậm PD 280 – Các thông số ban đầu: • Đường kính bánh xe gió: D = 2,8m (R = 1,4m) • Hệ số lực nâng: CL = 0,8 • Góc tối ưu: α = 4o • Bán kính cửa sổ gió (gốc cánh): r = 0,3m Các thông số thay đổi cho phương án khác nhau: • λ = 3,0 với B = • λ = 3,5 với B = • λ = 3,8 với B = • λ = 4,0 với B = Bảng 2.1c Kết tính toán thông số hình học động gió phát điện PD 2,8 λ = 3,8 B = TT 10 r 0.30 0.42 0.54 0.67 0.79 0.91 1.03 1.16 1.28 1.40 λr 0.81 1.15 1.48 1.81 2.14 2.47 2.80 3.14 3.47 3.80 Cl 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 α(độ) 4 4 4 4 4 φ(độ) 33.9 27.4 22.7 19.3 16.7 14.7 13.1 11.8 10.7 9.8 Diện tích quét : S quét = Diện tích cánh : S cánh = Tỷ số choán : δ= TT r 0.30 0.42 β(độ) 29.9 23.4 a1 -0.31 -0.31 - 11 - a2 0.61 0.61 C(m) 0.53 0.50 0.44 0.39 0.35 0.31 0.28 0.26 0.23 0.22 6.16 0.38 0.19 Kết sau tuyến tính Các hệ số tuyến tính C(m) 0.53 0.50 β(độ) 29.9 23.4 18.7 15.3 12.7 10.7 9.1 7.8 6.7 5.8 b1 -17.9 -17.9 b2 28.5 28.5 βmới 23.1 20.9 C 0.52 0.48 10 0.54 0.67 0.79 0.91 1.03 1.16 1.28 1.40 18.7 15.3 12.7 10.7 9.1 7.8 6.7 5.8 0.44 0.39 0.35 0.31 0.28 0.26 0.23 0.22 -0.31 -0.31 -0.31 -0.31 -0.31 -0.31 -0.31 -0.31 0.61 0.61 0.61 0.61 0.61 0.61 0.61 0.61 -17.9 -17.9 -17.9 -17.9 -17.9 -17.9 -17.9 -17.9 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 28.5 18.7 16.5 14.3 12.2 10.0 7.8 5.6 3.4 0.44 0.41 0.37 0.33 0.29 0.26 0.22 0.18 d- Động gió phát điện vận tốc nhanh PD 220 – Các thông số ban đầu: • Đường kính bánh xe gió: D = 2,2m (R = 1,1m) • Hệ số lực nâng: CL = 0,8 • Góc tối ưu: α = 4o • Bán kính cửa sổ gió (gốc cánh): r = 0,3m Các thông số thay đổi cho phương án khác nhau: • λ = 3,5 với B = • λ = 3,7 với B = • λ = 4,0 với B = • λ = 4,5 với B = • λ = 5,0 với B = Bảng 2.1d Kết tính toán thông số hình học động gió phát điện PD 2,2 λ = 4,5 vaø B = TT 10 r 0.30 0.39 0.48 0.57 0.66 0.74 0.83 0.92 1.01 1.10 λr 1.23 1.59 1.95 2.32 2.68 3.05 3.41 3.77 4.14 4.50 Cl 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 α(độ) 4 4 4 4 4 φ(độ) 26.1 21.4 18.1 15.6 13.6 12.1 10.9 9.9 9.1 8.4 Diện tích quét : S quét = - 12 - β(độ) 22.1 17.4 14.1 11.6 9.6 8.1 6.9 5.9 5.1 4.4 3.80 C(m) 0.24 0.21 0.18 0.16 0.15 0.13 0.12 0.11 0.10 0.09 Diện tích cánh : S cánh = Tỷ số choán : δ= TT 10 II r 0.30 0.39 0.48 0.57 0.66 0.74 0.83 0.92 1.01 1.10 β(độ) 22.1 17.4 14.1 11.6 9.6 8.1 6.9 5.9 5.1 4.4 Kết sau tuyến tính Các hệ số tuyến tính C(m) 0.24 0.21 0.18 0.16 0.15 0.13 0.12 0.11 0.10 0.09 0.12 0.12 a1 -0.17 -0.17 -0.17 -0.17 -0.17 -0.17 -0.17 -0.17 -0.17 -0.17 a2 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 b1 -18.4 -18.4 -18.4 -18.4 -18.4 -18.4 -18.4 -18.4 -18.4 -18.4 b2 22.8 22.8 22.8 22.8 22.8 22.8 22.8 22.8 22.8 22.8 βmới 17.3 15.7 14.1 12.4 10.8 9.2 7.5 5.9 4.3 2.6 C 0.22 0.20 0.18 0.17 0.15 0.14 0.12 0.11 0.09 0.08 Hệ thống định hướng hệ thống điều chỉnh công suất số vòng quay Hệ thống định hướng Bánh xe gió nhận công suất lớn từ gió vuông góc với hướng gió Khi gió lệch khỏi hướng vuông góc cần phải có cấu tự động điều chỉnh để bánh xe gió trở lại vị trí tối ưu Có nhiều phương pháp tự động định hướng– Tuy nhiên động gió công suất nhỏ (N < 20kW) người ta thường sử dụng phương pháp điều chỉnh đuôi lái Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống tự động định hướng đuôi lái - 13 - Trong tất thiết bị động gió bơm nước trước Việt Nam sử dụng cấu đuôi lái – cánh phụ – lò xo điều chỉnh Khi gió lệch khỏi phương vuông góc với mặt phẳng bánh xe gió góc γ xuất moment có xu hướng làm lệch bánh xe gió tức làm tăng góc γ đuôi lái Khi phải bố trí đuôi lái để lực khí động đặt vào gây moment cân với moment Khi bất đẳng thức phải thỏa mãn : Mq = - Mbxg + Mđ ± M - Ms ≥ (1) Ưu điểm loại : • Kết cấu đơn giản • Độ nhạy cấu cao Nhược điểm : • Chế tạo lò xo theo yêu cầu gặp nhiều khó khăn thường xảy cố lò xo Trong trình nghiên cứu thông tin tài liệu kỹ thuật, dự án mẫu triển khai nước phát triển tổ chức CWD ( Hà Lan) thấy cấu định hướng : cánh phụ – đuôi lái với trục quay nghiêng có nhiều tính ưu điểm chứng minh thực tế sử dụng Đây thiết kế A.Kragten Trong cấu lực trọng trường đuôi lái thay cho lực căng lò xo - 14 - Ưu điểm cấu : • Độ nhạy định hướng cao • Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, cấu hoạt động ổn định, hỏng hóc (vì không cần dùng lò xo kéo) Nhược điểm : • Trọng lượng đuôi lái lớn Đề tài chọn kết cấu (cánh phụ – đuôi lái với trục nghiêng) phù hợp với điều kiện công nghệ Việt Nam Góc β dùng mộït thông số đánh giá độ nhậy định hướng cấu Các tính toán thực nghiệm : ta cần thiết kế điều chỉnh cho β nằm khoảng từ 10o – 20o hợp lý Các bước tính toán theo qui trình lựa chọn chiều dài cán đuôi diện tích đuôi lái Sau kiểm tra lại bất đẳng thức (1) với thông số chọn Tính toán tương tự với sản phẩm lại, ta thông số cấu định hướng thể vẽ thiết kế Cơ cấu điều chỉnh công suất số vòng quay Cơ cấu gọi cấu an toàn Gió thay đổi hướng tốc độ Trong vài phút tốc độ gió tăng lên -3 lần lượng gió tương ứng tăng lên – 27 lần Trong máy công tác phối hợp động gió ( máy phát điện, bơm…) đòi hỏi phải làm việc với công suất số vòng quay định Chính vậy, động gió phải tự động điều chỉnh cho với tải trọng cho, số vòng quay bánh xe gió phải nằm giới hạn cho phép vận tốc gió vượt cao vận tốc gió tính toán Có phương pháp tự động điều chỉnh công suất số vòng quay thường sử dụng : a./ Sử dụng cánh phụ đặt song song với mặt phẳng bánh xe gió b./ Đặt trục quay bánh xe gió lệch tâm khoảng ε = 50 – 100mm so với trục quay thẳng đứng bánh xe gió - 15 - Trong đề tài sử dụng phương pháp (a) Phương pháp có nhiều ưu điểm : + Kết cấu đơn giản + Có khả hạn chế công suất tốt bảo đảm an toàn gió mạnh Tuy nhiên, điều kiện N = const n = const thực cách tương đối Cũng giống trường hợp tính đuôi lái trên, ta chọn trước thông số cánh phụ Sau sử dụng phương trình cân moment để tìm quan hệ góc β V Cho trước V để tìm β ngược lại Như sau tính toán với thông số chọn trước cánh phụ Nếu điều chỉnh làm cho bánh xe gió quay góc β có cos β = Vđc điều chỉnh đạt yêu cầu V Các kết tính toán cấu điều chỉnh thể vẽ thiết kế III Phối hợp làm việc động gió máy công tác Bơm piston dùng cho động gió BP 350 – 12 Bơm piston tính toán thiết kế cho chiều sâu bơm từ 10 – 20m phù hợp với công suất động gió BP 350 – 12 Hai loại bơm nghiên cứu đề tài : + Bơm lắc tay UNICEF + Bơm piston mẫu CWD – Hà Lan Phối hợp làm việc động gió bơm piston : Đây toán quan trọng, định tới tới hiệu suất chung thiết bị Với động gió có, ứng với chế độ gió khác ta có chế độ làm việc (phối hợp tải) khác Chế độ tải định thông số bơm Với mẫu bơm trên, toán phối hợp tải tiến hành việc xác định hành trình bơm theo chế độ gió nơi lắp đặt Kết : - 16 - + + Chế độ gió phối hợp tải Hành trình bơm : : V = 2,8 m/s h = 120 mm Các mẫu bơm chế tạo thử nghiệm phòng thí nghiệm trước đưa trường Các kết đo đạc thử nghiệm đưa vào phụ lục Bơm dòng chéo dùng cho động gió BP 450 – 12 Để phục vụ cho nhu cầu sản xuất nông ngihệp, sản xuất muối, bơm nước ruộng tôm người ta thường sử dụng bơm cột áp thấp lưu lượng lớn sau : Đề tài nghiên cứu mẫu bơm dòng chéo Đài Loan phù hợp cho việc phối hợp tải với động gió: Cột áp H ≤ 2m Lưu lượng Q ≤ 40 m3/h vận tốc gió m/s Đã tiến hành ngihên cứu nhiều góc độ cánh khác Đã chế tạo mô hình bơm dòng chéo đo đạc thông số phòng thí nghiệm trước lắp đặt trường Động gió phát điện vận tốc chậm Sự cải tiến lại máy phát động gió PD 170 – nâng công suất động gió lên 300W Máy phát dùng nam châm hình trụ tròn φ 32 có lỗ Chế độ phối hợp tải động gió V = m/s với λ = 3,8 Động gió phát điện vận tốc nhanh Công suất động gió 500W vận tốc gió V = m/s, số cánh 4, λ=4,5 cánh profil khí động Đề tài tập trung nghiên cứu mẫu FD 500 Trung Quốc Đã đo đạc thông số máy phát Trung Quốc phòng thí nghiệm trường Các thử nghiệm cho thấy loại máy phát phù hợp với chế độ gió điều kiện công nghệ Việt Nam Tuy nhiên, điều khó khăn nước ta chưa thể chế tạo loại nam châm dạng Để phát triển bước đầu nhập máy phát từ Trung Quốc Các phận lại chế tạo Việt Nam Bước việc nhập nguyên liệu ( nam châm) từ Trung Quốc toàn hệ thống chế tạo Việt Nam IV Tính toán khả tự khởi động bình ổn chuyển động động gió bơm nước cột áp cao Vấn đề tự khởi động động gió phối hợp tải với bơm piston vấn đề đặc biệt quan trọng Nó định đến khả hoạt động thực tế - 17 - thiết bị điều kiện chế độ gió nơi lắp đặt thấp Động gió tự khởi đô(ng moment khởi động động gió thắng moment cản Nếu moment cản lớn đòi hỏi vận tốc gió làm việc lớn số hoạt động thiết bị giảm Moment cực đại gây lực tác động lên ti bơm ( gọi moment cản) đươc xác định : Mc = r.i.( Qt + Np) (2) Ở : r i Qt Np : bán kính kệch tâm : tỷ số truyền hộp số : trọng lượng phần dẫn động : trọng lượng cột nước chứa ống Như vậy, để động gió hoạt động dễ dàng, ta phải làm giảm Mc đến mức thấp Từ phương trình (2) ta thấy muốn làm giảm Mc cần có biện pháp sau : • Tác động đến I ( giảm i) • Làm giảm r, Qt Np… - 18 - Song phương pháp có nhược điểm không làm bình ổn chuyển động động gió hoạt động với loại piston hành trình đơn Để điều hòa moment cản người ta sử dụng nhiều phương án khác : • Sử dụng bơm tác dụng kép ( sử dụng ) • Sử dụng đối trọng • Sử dụng lò xo Một số biện pháp tăng khả khởi động bình ổn chuyển động động gió BP 350 -12 : • Động gió BP 350 -12 thiết kế với độ quay nhanh λ = 1,3 không dùng hộp giảm tốc ( i = 1) để đơn giản chế tạo, hạ giá thành giảm moment cản • Giảm bán kính lệch tâm r • Chuyển động động gió trở nên điều hòa thỏa mãn điều kiện Mc = Mcx (3) Ở : Mc Mcx moment kháng tác dụng lên trục động gió hành trình bơm piston lên xuống Như vậy, việc động gió phối hợp tải với bơm thỏa mãn phương trình (3) Cả lần lên xuống bơm có tải giải vấn đề bình ổn chuyển động hệ thống V Hệ thống cột Tất động gió cần phải đặt độ cao thuận lợi cho việc khai thác lượng gió Độ cao việc phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật (tránh ảnh hưởng độ nhám địa hình, quẩn gió đảm bảo đủ sức bền hệ thống v.v ) phải ý tới tính kinh tế Có nhiều loại cột đỡ như: loại cột tháp, ống thép với dây cáp néo, ống lớn đổ bêtông không cần néo Đối với động gió bơm nước đề tài sử dụng loại cột hình tháp (3 chân chân) Đối với động gió p hát điện sử dụng loại cột ống thép với hệ dây chằng Đề tài tiến hành tính toán kết cấu thiết kế hệ cột cho 04 loại động gió phát điện bơm nước với việc phân tích lực tác dụng lên cột móng Trong thiết kế kết cấu ý tới phư6ơng án lắp đặt cho vùng sâu vùng xa phương tiện cần cẩu xa lưới quốc gia B Chế tạo lắp đặt trường Tháng 03/2003, 04 mẫu động gió phát điện bơm nước chế tạo lắp đặt trường Sau 03 tháng hoạt động liên tục điều kiện thực tế, số - 19 - vấn đề tồn thiết kế bộc lộ Trên sở đề tài tiến hành hoàn thiện thiết kế Tháng 07/2003 04 động gió phát diện bơm nước hoàn thiện tiếp tục lắp đặt trường Một số thông số kỹ thuật đo đạc: • Vận tốc gió khởi động có tải • Vận tốc gió khởi động không tải • Lưu lượng nước • Số vòng quay bánh xe gió • Dòng sạc Đề tài tiến hành phân tích so sánh số liệu với số liệu tính toán xây dựng đường cong thực tế Q-n P-n C Tính mới, tính sáng tạo nét độc đáo đề tài • • • • • • • Việc phối hợp tải động gió bơm UNICEF với số cải tiến vật liệu giải pháp sáng tạo – Sử dụng bơm giúp cho bình ổn chuyển động động gió làm tăng lưu lượng nước, tăng tuổi thọ toàn hệ thống động gió bơm nước Ngoài ra, loại bơm bán rộng rãi thị trường nông thôn, phụ tùng thay có sẵn rẻ, người dân hoàn toàn có khả tự thay da bơm mòn Gam hoá máy công tác theo chế độ gió : Kết giúp chuẩn hoá thiết kế việc phối hợp tải động gió máy công tác Hệ thống bánh xe gió thiết kế sở kết hợp dạng khung dàn dạng nan hoa Vừa bảo đảm việc lắp đặt dễ dàng vùng nông thôn xa xôi ( dạng nan hoa), vừa tăng tỉ số lực nâng lực kháng ( dạng khung dàn) việc tăng chi tiết gia công khuôn mẫu làm tăng độ xác, tăng chất lượng sản phẩm Bằng việc nghiên cứu mẫu nghiên cứu thử nghiệm hệ thống thử nghiệm bơm, đề tài thiết kế mẫu bơm cột áp thấp phù hợp : vừa gọn nhẹ, vừa bảo đảm lưu lượng, cột áp mà không cần tốc độ vòng quay cao bơm hướng trục bơm ly tâm Mẫu bơm có hệ số moment khởi động nhỏ, phối hợp tải tốt với động gió Đã phân tích, lựa chọn thiết kế hệ thống điều chỉnh công suất số vòng quay phù hợp với công nghệ chế tạo điều kiện gió Việt Nam Sự hợp lý nghiên cứu, thử nghiệm tính toán thiết kế tạo mẫu động gió có vận tốc gió khởi động ( có tải) thấp mà không cần tăng số cánh ( đỡ tốn vật liệu) Việc mở rộng công suất động gió PD 170 – sở cải tiến thiết kế máy phát động gió PD 170 – sẵn có mà không cần thay đổi nhiều dây chuyền - 20 - công nghệ chế tạo tạo mẫu sản phẩm đáp ứng nhu cầu sử dụng phù hợp với chế độ gió Việt Nam Phần 3: KHẢ NĂNG VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI VÀO THỰC TIỄN XÃ HỘI -o0o - Do đối tượng nghiên cứu đề tài lựa chọn sở phân tích nhu cầu thực tế chế độ gió vùng nông thôn Việt Nam nên hoàn toàn có khả triển khai vào thực tế sản xuất • Động gió phát điện sạc bình accu với công suất 500W phù hợp cho việc cung cấp lượng phục vụ cho việc thắp sáng, thông tin liên lạc, xem TV, v.v • Động gió bơm nước cột áp cao phục vụ sinh hoạt: Xây dựng hệ thống cấp nước cho nông thôn động gió bơm nước phối hợp với công nghệ ALUWAT để xử lý phèn • Động gió bơm nước cột áp thấp: phục vụ sản xuất muối, tưới tiêu nuôi trồng thủy sản Trên sở kết đề tài, tiếp tục nghiên cứu để ứng dụng cho việc sục khí nuôi tôm công nghiệp - 21 - Phần 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ -o0o - Vấn đề lượng môi trường vấn đề nóng bỏng quan tâm đặc biệt hầu giới Để giảm thiểu lượng phát tán khí thải gây ô nhiễm môi trường mục tiêu giới đặt đế năm 2030 có khoảng 30% điện sản xuất từ dạng lượng tái tạo Hơn năm qua riêng lónh vực lượng gió mức phát triển trung bình 35% tiếp tục phát triển mạnh mẽ toàn cầu Ở nước ta thời gian gần việc nghiên cứu triển khai dạng lượng tái tạo nói chung lượng gió nói riêng quan tâm trở lại thông qua chương trình KHCN cấp nhà nước, dự án WB UNDP, đề tài, dự án cấp Bộ cấp tỉnh v.v Trong khuôn khổ đề tài KC 07-04 phần Năng lượng gió, Trung tâm nghiên cứu Thiết bị nhiệt Năng lượng tiến hành nghiên cứu lý thuyết, đo đạc thử nghiệm, nghiên cứu thông tin, tài liệu khoa học kỹ thuật, nghiên cứu mẫu thiết bị ngoại nhập, thiết bị nước Trên sở kế thừa có chọn lọc, Trung tâm đưa 04 mẫu thiết bị BP 350-12, BP 450-12, PD 280-3 PD 220-4 Qua thời gian thử nghiệm trường, mẫu đạt yêu c6àu kỹ thuật đề tài đề Song để triển khai vào thực tế sản xuất sản phẩm cần phải hoàn thiện mặt côngnghệ, đảm bảo mặt chất lượng đặc biệt giá thành phải cạnh tranh với thiết bị ngoại nhập Bên cạnh vấn đề quan trọng để phát triển lượng tái tạo nói chung lượng gió nói riêng cần có đội ngũ cán kỹ thuật địa phương đào tạo nhằm đảm bảo việc bảo trì sửa chữa có cố Trung tâm nghiên cứu Thiết bị nhiệt Năng lượng xin đề nghị tiếp tục phối hợp với Trung tâm Thủy điện – Viện Khoa học Thủy lợi nhằm thực dự án sản xuất thử nghiệm (dự án P) nhằm đẩy nhanh trình đưa kết đề tài khoa - 22 - học công nghệ (KC 07-04) vào phục vụ sản xuất, sinh hoạt bảo vệ môi trường nông thôn Việt Nam Tài liệu tham khaûo 10 11 12 13 14 15 16 17 Energie EÙolienne – Le Gourieres – Paris 1980 Wind pumps – Peter Fraenkel, Roy Barlow… UK 1993 Introduction to wind energy – By E H Lysen – CWD Netherlands – 1983 Technical report 1990 – Frans Brughuis – WOT Netherlands – 1990 Small – scale wind energy conversion system – United Nations, New York 1993 European Wind Energy Conference 1997 Water – pumping Devices – Peter Fraenkel UK 1986 The wind power book – Jack Park…California – 1981 Proceedings American Wind Energy Association – USA 1986 Aspects of wind energy application for rural water supply – P A Oostentorp – Netherlands 1998 Wind power for home and business – Paul Gipe – USA 1993 Wind pump network in India – FIRKI – Vol issue z 1998 – GENDA – India Rotor design and matching for horizontal axis wind turbines A Kragten – Netherlands 1999 Giáo trình Năng lượng gió – Dương Thị Thanh Lương General view of wind energy application in Vietnam – Nguyễn Hữu Hùng – Dương Thị Thanh Lương – Proceeding of the 5th Asean Science and Technology Week - Ha Noi 1998 Calculation for self-starting and stabilizing ability of the wind turbine for water pumping – Dương Thị Thanh Lương – Proceeding of the second international workshop on materials science IWOMS’ 95 Gió, nguồn lượng vô tận cho việc khai thác sử dụng tương lai – Dương Thị Thanh Lương – Tạp chí hoạt động khoa học Bộ KHCN & MT – 10/1995 - 23 - ... tuyến tính a1 -0 .03 -0 .03 -0 .03 -0 .03 -0 .03 -0 .03 -0 .03 -0 .03 -0 .03 -0 .03 a2 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 b1 -1 6.2 -1 6.2 -1 6.2 -1 6.2 -1 6.2 -1 6.2 -1 6.2 -1 6.2 -1 6.2 -1 6.2 b2 48.3... tuyến tính a1 -0 .31 -0 .31 -0 .31 -0 .31 -0 .31 -0 .31 -0 .31 -0 .31 -0 .31 -0 .31 a2 0.61 0.61 0.61 0.61 0.61 0.61 0.61 0.61 0.61 0.61 b1 -1 7.9 -1 7.9 -1 7.9 -1 7.9 -1 7.9 -1 7.9 -1 7.9 -1 7.9 -1 7.9 -1 7.9 b2 28.5... TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE -2 – LỜI MỞ ĐẦU nhiên vấn đề đặt là: làm để sử dụng cách có hiệu nguồn lượng vô tận này? Đề tài nhánh phần Năng lượng Gió thuộc ? ?Đề tài KC