Thiết kế máy phát điện sử dụng năng lượng gió

Thế giới đang ngày càng phát triển. Khả năng khai thác thiển nhiên của con ngời ngày một nâng cao. Nhng những tác động của con ngời vào thiên nhiên đã làm biến đổi thiên nhiên và ảnh hởng ngực trở lại con ngời. Làm thế nào để thu đợc cái mình muốn với hiệu quả cao nhất và ít tác hại nhất. Đó đang là mục tiêu của loài ngời hiện nay. Thực hiện mục tiêu đó ngành năng lợng cũng đang dần tìm cho mình những bức phát triển mới. Việc nghiên cứu và phát triển các nguồn năng lợng sạch đang đợc thực hiện ở hầu hết các quốc gia. Các nguồn năng lợng sạch điển hình nh: năng lợng mặt trời, thuỷ triều, nguồn năng lợng tận dụng từ rác thải và năng lợng gió. Trong đó năng lợng gió đang có những bức phát triển rất đáng kể.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP ==========o0o========== BÁO CÁO Học kỳ: – Năm học: 2022 – 2023 Đề tài: Ứng dụng lượng gió Ngành Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Chuyên ngành Điện tự động công nghiệp Giảng viên hướng dẫn: TS Đặng Hồng Hải ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN Ứng dụng lượng gió phát điện Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Nghiên cứu lượng gió ứng dụng lượng gió đề tài hay, với yêu cầu thiết kế tính tốn chi tiết địi hỏi người thiết kế phải vận dụng hầu hết kiến thức sở chuyên ngành hệ thống lượng gió áp dụng tài liệu liên quan xử lý tính tốn cách xác Qua đề tài nhóm chúng em có điều kiện sử dụng kiến thức học vào thực thế, cho thấy tầm quan trọng lượng gió mà phù hợp với nhu cầu tương lai Đây kinh nghiệm quý báu cần thiết cho người kĩ sư tương lai Trong trình thực đồ án tốt nghiệp, Nhóm em cố gắng tìm tịi, học hỏi nghiên cứu kiến thức để hồn thành đồ án Do kinh nghiệm kiến thức thân nhiều hạn chế nên báo cáo đồ án Nhóm em khó tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận góp ý từ phía thầy để em hồn thiện thêm kiến thức cho thân Qua nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Đặng Hồng Hải hướng dẫn giúp đỡ suốt trình làm đồ án Sinh viên thực MỤC LỤ MỞ ĐẦU viii CHƯƠNG LÍ THUYẾT TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIĨ 1.1 Thực trạng lượng môi trường 1.2 Sự hình thành lượng gió .11 1.3 Các đặc trưng lượng gió .12 1.4 1.3.1 Tốc độ gió 12 1.3.2 Hướng gió 13 Ưu, nhược điểm lượng gió 13 1.4.1 Ưu điểm 13 1.4.2 Nhược điểm 14 CHƯƠNG Hệ thống lượng gió phát điện .15 2.1 Cấu tạo tua bin gió 15 2.2 Nguyên lý làm việc tua bin gió 17 2.3 Phân loại hệ thống điện gió 18 2.3.1 Hệ thống điện gió khơng kết nối lưới 18 2.3.2 Hệ thống điện gió kết nối điện lưới khơng có ắc quy 19 2.3.3 Hệ thống điện gió kết nối lưới có ắc quy dự phịng 20 2.3.4 Các thành phần hệ thống máy phát điện gió .21 2.3.4.1 Cánh quạt gió 22 2.3.4.2 Máy phát điện gió 22 2.3.4.3 Bộ điều khiển 25 2.3.4.4 Bộ ắc quy 25 2.3.4.5 Bộ sạc ăc quy 26 2.3.4.6 Bộ biến đổi 26 2.3.4.7 Cánh rotor 27 2.3.4.8 Máy phát điện 27 2.4 Một số loại tua bin gió 28 2.5 Ví dụ mơ hình hệ thống phát điện lượng gió công suất nhỏ (20kW) .30 2.5.1 Tổng quan hệ thống .30 2.5.2 Nguyên tắc hoạt động 30 2.5.3 Phân cấp điều khiển hệ thống 31 2.6 2.5.4 Thông số tua bin loại 20kW 32 2.5.5 Cơ cấu gập đuôi, dừng hoạt động tuabin 32 2.5.6 Cấp điều khiển trường 32 2.5.7 Module nghịch lưu 34 2.5.8 Module nạp acquy 34 2.5.9 Module điện trở đốt .34 2.5.10 Cấp điều khiển hệ thống 35 2.5.11 Điều khiển giám sát từ xa 35 Cơ sở lý thuyết lượng gió 36 2.6.1 Tốc độ gió mối liên hệ cơng suất .36 2.6.2 Diện tích quét rotor 37 2.6.3 Mật độ khơng khí 37 2.6.4 Đo gió .38 CHƯƠNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG MATLAB SIMULINK 39 3.1 3.2 Thiết kế tính tốn .39 3.1.1 Sơ đồ nối dây 39 3.1.2 Mạch biến đổi lượng 40 Điện tử công suất 41 3.2.1 Diode công suất .41 3.2.1.1 Cấu tạo 41 3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động .42 3.2.1.3 Đặc tính vơn-ampe 42 3.3 3.2.2 Transistor công suất .43 3.2.3 Mạch chỉnh lưu cầu pha dùng Diode 48 3.2.4 Chỉnh lưu cầu pha dùng Tiristor 49 Mô 50 3.3.1 Giới thiệu matlab simulink 50 DANH MỤC HÌNH ẢN Hình 1 Bản đồ phân cấp gió 10 Hình Lắp đặt tubin gió 14 Hình Cấu tạo tuabin gió .15 Hình 2 Sơ đồ hệ thống tuabin gió 18 Hình Hệ Thống điện gió khơng kết nối lưới 19 Hình Hệ thống điện gió kết nối điện lưới khơng có ắc quy 20 Hình Hệ thống điện gió kết nối lưới có ắc quy dự phịng .21 Hình Sơ đồ tổng quát tuabin gió 21 Hình Sơ đồ khối hệ thống tuabin gió 22 Hình Một số loại cánh quạt gió 22 Hình Tuabin gió trục đứng trục ngang 23 Hình 10 Quan hệ giữ cơng suất tuabin tốc độ gió 25 Hình 11 Ác Quy 26 Hình 12 Bộ biến đổi inverter .27 Hình 13 Máy phát điện 27 Hình 14 Biểu đồ tốc độ gió cơng suất tuabin 29 Hình 15 Sơ đồ hệ thống tuabin gió cơng suất 20KW 30 Hình 16 Sơ đồ khối phân cấp điều khiển 31 Hình 17Cơ chế gập tuabin 32 Hình 18 Sơ đồ phân cấp điều khiển trường .33 Hình 19 Module nghịch lưu 34 Hình 20 Quan hệ hiệu suất rotor tỉ lệ V0/V 37 Hình 21 Thiết bị đo gió Anemometer 38 Hình 22 Lựa chọn chiều cao tuabin gió theo cơng suất mong muốn 38 Hình Cấu tạo diode cơng suất 41 Hình Nguyên lý diode 42 Hình 3 Đặc tính vôn-ampe diode 42 Hình Cấu tạo transistor cơng suất 43 Hình Nguyên lý hoạt động transistor công suất 44 Hình đặc tính tính transistor 46 Hình Cấu tạo Tiristor 46 Hình Thời gian Toff 47 Hình Sơ đồ mạch Diode 48 Hình 10 Sơ đồ mạch cầu Tiristor 49 DANH MỤC BẢ Bảng 1 Tiềm Năng Năng lượng gió Bảng Các dự án điện gió Việt Nam .11 Bảng Các cấp gió 12 Bảng Tên viết tắt 16 hướng gió Việt Nam Thế Giới 13 Y Bảng Thông số số loại tuabin 30 Bảng 2 Thông số tuabin loại 20KW .34 MỞ ĐẦU Nhu cầu lượng thời đại khoa học kỹ thuật không ngừng gia tăng Tuy nghiên nguồn lượng truyền thống khai thác : than đá, dầu mỏ, khí đốt, khí thiên nhiên thủy điện…đang ngày cạn kiệt Do đó, việc tìm khai thác nguồn lượng lượng hạt nhân, lượng địa nhiệt, lượng gió lượng gió cần thiết Việc nghiên cứu lượng gió ngày thu hút quan tâm nhà nghiên cứu, tình trạng thiếu hụt nghiêm trọng lượng Hiện nay, lượng gió vào sống người, chúng áp dụng rộng rãi dân dụng công nghiệp nhiều hình thức khác Với Hải Phịng thành phố biển thích hợp với việc sử dụng lượng gió Vì vậy, tương lai ứng dụng nhiều lượng giólên em chọn đề tài “Ứng dụng lượng gió phát điện” CHƯƠNG LÍ THUYẾT TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIĨ 1.1 Thực trạng lượng môi trường Năng lượng điều kiện thiết yếu đời sống người Từ kỷ 20, người sử dụng lượng hóa thạch, lượng hạt nhân, bước đầu sử dụng lượng tái tạo để phát điện nhằm phục vụ sản xuất cải thiện đời sống cho nhân loại Ngày trữ lượng than, dầu, khí ngày cạn kiệt Mặt khác, dùng chúng phát điện thải khí nhà kính vào khí làm cho Trái Đất ngày nóng lên, gây biến đổi khí hậu tồn cầu Xây dựng nhà máy điện sức gió giải pháp nhanh chóng nâng cao sản lượng điện, đáp ứng nhu cầu điện thời gian không lâu Các máy phát điện sử dụng sức gió sử dụng nhiều nước Châu Âu, Châu Mỹ nước công nghiệp phát triển khác Sau thảm họa Chernobyl (Ukraine 1986), đấu tranh đòi hủy bỏ nhà máy điện nguyên tử Đức diễn ngày mãnh liệt nên sản xuất điện sức gió phát triển mạnh mẽ Tốc độ gió trung bình Thấp 9m/ s 111 30,8 7,9 0,7 >0 - 401.444 102.716 8.748 482 Bảng 1 Tiềm Năng Năng lượng gió Việt Nam nước có tiềm năng lượng gió lớn nước khu vực, với 39% tổng diện tích Việt Nam ước tính có tốc độ gió trung bình năm lớn 6m/giây độ cao 65m, tương đương công suất 512 GW Đặc biệt, gần 8% diện tích Việt Nam xếp hạng có tiềm gió tốt, với tốc độ gió độ cao 65m – 8m/s Theo đồ phân bố cấp độ gió tổ chức Khí tượng giới đồ phân bố cấp tốc độ gió khu vực Đơng Nam Á, tổ chức True Wind Solutions LLC (Mỹ) lập theo yêu cầu Ngân hàng Thế giới, khu vực ven biển từ Bình Định đến Bình Thuận, Tây Nguyên, dãy Trường Sơn phía Bắc trung bộ, nhiều nơi có tốc độ gió đạt từ 7.0; 8.0 9.0 m/giây, phát điện với cơng suất lớn (nối lưới điện quốc gia), hầu hết ven biển lại lãnh thổ, số nơi, vùng núi đất liền Hình 1 Bản đồ phân cấp gió 10 ... dụng lượng gió phát điện? ?? CHƯƠNG LÍ THUYẾT TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 1.1 Thực trạng lượng môi trường Năng lượng điều kiện thiết yếu đời sống người Từ kỷ 20, người sử dụng lượng hóa thạch, lượng. .. gió Với cấu tạo tuabin gió ta tìm hiểu cách đơn giản để tuabin tạo điện từ gió làm việc trái ngược với máy quạt điện, thay sử dụng điện để tạo gió quạt điện ngược lại tuabin gió lại sử dụng gió. .. hậu toàn cầu Xây dựng nhà máy điện sức gió giải pháp nhanh chóng nâng cao sản lượng điện, đáp ứng nhu cầu điện thời gian không lâu Các máy phát điện sử dụng sức gió sử dụng nhiều nước Châu Âu,