Tình hình nghiên cứu nguồn năng lượng gió tiềm năng và ứng dụng ở việt nam

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHCNHN MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 TỔNG QUAN Tính cấp thiết đề tài : .2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài : .3 Phương pháp nghiên cứu : .3 Nội dung nghiên cứu : CHƯƠNG TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ TIỀM NĂNG VÀ ỨNG DỤNG Ở VIỆT NAM 1.1 Nguồn công nghệ sử dụng lượng gió 1.1.1 Nguồn lượng gió 1.1.2 Các công nghệ sử dụng lượng gió .4 1.2 Các ứng dụng lượng gió 1.2.1 Ứng dụng động gió phát điện 1.2.2 Ứng dụng động gió bơm nước 1.3 Năng lượng gió Việt Nam .6 1.3.1 Tiềm năng lượng gió 1.3.2 Hiện trạng nghiên cứu ứng dụng gió Việt Nam .6 1.4 Vật lý học lượng gió 1.4.1 Các đặc trưng lượng gió .6 1.4.2 Năng lượng gió 10 1.5 Tiềm năng lượng gió Việt Nam 12 1.5.1 Tốc độ gió, cấp gió .12 1.5.2 Chế độ gió Việt Nam 13 1.5.3 Sản xuất điện từ lượng gió Việt Nam 15 CHƯƠNG CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ 18 2.1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc tổng quát điều khiển trạm phát điện sức gió .18 SVTH:Trịnh Vũ Tiến Khoa điện tử Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHCNHN 2.1.1 Tổng quan hệ thống 18 2.1.2 Cấp điều khiển trường 20 2.2 Nghiên cứu hệ thống turbine gió 23 2.2.1 Mô tả Turbine 23 2.2.2 Vận hành turbine 25 2.3 Hệ thống lượng gió 27 2.3.1 Cấu hình hệ thống turbine gió .27 2.3.2 Cấu trúc điện tử công suất 30 2.4 Nghiên cứu máy phát điện sử dụng lượng gió 31 2.4.1 Phương pháp điều khiển máy phát không đồng 31 2.4.2 Phương pháp điều khiển máy phát đồng kích thích vĩnh cửu .34 2.5 Hệ thống ắc-quy lưu trữ 37 2.5.1 Mô tả chung .37 2.5.2 Cấu hình hệ thống pin lưu trữ 39 2.5.3 Cấu trúc điện tử công suất 41 2.6 Khái quát chung biến đổi DC-DC 42 CHƯƠNG XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM PHÁT ĐIỆN SỨC GIĨ CƠNG SUẤT NHỎ 46 3.1 Vai trò nghịch lưu 46 3.2 Xây dựng toán .46 3.3 Sơ đồ khối đổi điện SIN dùng vi điều khiển .47 3.3.1 Khối nguồn 47 3.3.2 Nguồn ổn áp 15VDC 48 3.3.3 Nguồn ổn áp 7805 .48 3.3.4 Khối vi điều khiển 8051 49 3.3.5 Mạch đảo 50 3.3.6 Khối khuếch đại 51 3.3.7 Mạch tách xung 53 3.4 Khối công suất 54 3.4.1 Cầu H 54 3.4.2 Máy biến áp lực 59 3.5 Thiết kế mạch điều khiển dùng 8051 61 SVTH:Trịnh Vũ Tiến Khoa điện tử Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHCNHN 3.5.1 Sơ đồ nguyên lý 61 3.5.2 Lưu đồ thuật toán .63 3.5.3 Mô chương trình thiết kế phần mềm Proteus 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74 Kết luận .74 Kiến nghị .75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC 77 SVTH:Trịnh Vũ Tiến Khoa điện tử Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHCNHN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Giải thích NLG Năng lượng gió DFIG : Máy phát đơi KĐB – RDQ : Không đồng roto dây quấn PĐCSG : Phát điện chạy sức gió KĐB: : Khơng đồng KĐB – RLS : Khơng đồng roto lồng sóc ĐK : Điều khiển NL : Nghịch lưu MP : Máy phát KĐB: : Không đồng ĐB – KTVC : Đồng kích từ vĩnh cửu BESS : Hệ thống pin lưu trữ lượng SVTH:Trịnh Vũ Tiến Khoa điện tử Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHCNHN DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Bảng, Hình Đồ thị Nội dung Trang 1.1 Bảng cấp gió Beaufor 12 1.2 Bảng tiềm gió Việt Nam 13 1.3 Bảng đo vận tốc gió độ cao 12m 50m 15 3.1 Bảng tính giá trị thời gian 66 1.1 2.1 Bề mặt cánh bánh cơng tác động gió chiếm chỗ quay Sơ đồ khối hệ thống điện tử cơng suất điển hình 11 19 2.2 Sơ đồ phân cấp hệ thống điều khiển trạm phát điện sức gió 20 2.3 Các thành phần hệ thống điều khiển trường 21 2.4 Cấu trúc phần cứng card điều khiển 22 2.5 Các thành phần Turbine WESTWIND 23 2.6 2.7 Hệ thống vành góp quét lấy điện(nằm thân Turbine) Hệ thống lò xo lật cánh tốc độ gió lớn 24 26 2.8 Đi Turbine tự gập gió mạnh hay gập tay 27 2.9 Thành phần máy phát điện sức gió 28 2.12 Ghép nối trực tiếp máy phát điện với cấu trúc điện tử công suất Máy phát điện cảm ứng với modul điện tử công suất Cấu trúc máy điện đồng 2.13 Cấu trúc máy phát điện đồng sử dụng tăng áp 31 2.14 Hai loại hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy phát khơng đồng bộ: Cụm ắc quy kích từ cần thiết vận hành chế độ ốc đảo 32 2.10 2.11 SVTH:Trịnh Vũ Tiến 28 29 30 Khoa điện tử Đồ án tốt nghiệp 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 2.24 2.25 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 Trường ĐHCNHN Đặc tính cơng suất khai thác từ gió với tốc độ khác nhau: Cần điều khiển máy phát cho đạt mức tối đa Máy phát đồng kích thích vĩnh cửu sử dụng theo phương án a) Hệ thống PĐCSG dùng loại MP ĐB-KTVC với chỉnh lưu đơn giản nên phải có mạch tải giả (Dump Load); b) Sơ đồ chi tiết mạch tải giả Khái quát cấu trúc hệ thống PĐSG sử dụng MP loại ĐB- KTVC công suất nhỏ Hệ BESS với biến tần 1pha Hệ BESS với cấu trúc cascaded DC-DC DC-AC Hệ thống lai hệ BESS lượng gió Cấu trúc điện tử cơng suất sử dụng nghịch lưu pha Cấu trúc sử dụng biến đổi DC-DC có cách ly Bộ biến đổi xung đảo dịng Bộ biến đổi xung bốn góc phần tư Sơ đồ khối điều khiển chiều - xoay chiều SIN dùng vi điều khiển Vi mạch ổn áp 7805 sơ đồ kết nối Sơ đồ kết nối vi điều khiển 8051 Cấu trúc chân IC74HC4049 Sơ đồ kết nối ICTL082 Vi mạch IR2112 sơ đồ cấu trúc chân Sơ đồ chân kết nối vào vi mạch IR2112 Sơ đồ nguyên lý cầu H Nguyên lý hoạt động mạch cầu H Cầu H dùng Mosfet Cấu tạo ký hiệu MOSFET kênh N Cầu H ghép MOSFET Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển Sóng vi điều khiển mạch khuyếch đại thuật tốn Dạng sóng đầu IC IRF2112 Dạng sóng đầu máy biến áp SVTH:Trịnh Vũ Tiến 33 35 36 37 39 40 41 42 42 43 44 47 49 50 51 52 53 54 55 55 56 57 59 62 71 72 73 Khoa điện tử Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHCNHN LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ giới, nhu cầu sử dụng lượng tăng cao Năng lượng tái tạo gọi lượng phi truyền thống nói chung, lượng gió nói riêng lĩnh vực quan trọng dần quan tâm nghiên cứu ứng dụng rộng rãi Một vấn đề cần phải giải quyết, lượng gió khơng ổn định mang tính chu kỳ Năng lượng gió thường phụ thuộc vào nhiều yếu tố đặc biệt không gian thời gian Chính việc nhanh chóng điều tra, đánh giá để xác định số liệu tốc độ gió khu vực cụ thể việc làm cần thiết quan trọng công tác nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sử dụng lượng gió Sau thời gian năm học tập nghiên cứu trường nhận đề tài luận văn tốt nghiệp với nội dung: “Thiết kế mô điều khiển cho trạm phát điện sức gió cơng suất nhỏ dùng cho khu chăn nuôi thủy sản ven biển” Với giúp đỡ ủng hộ thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp, gia đình nỗ lực thân đến tơi hồn thành luận văn với đầy đủ nội dung đề tài Tuy nhiên, hạn chế kiến thức, tài liệu tham khảo trình độ ngoại ngữ, đồng thời thời gian nghiên cứu không dài lĩnh vực tương đối mẻ nên luận văn tránh khỏi thiếu sót định Tơi mong nhận đóng góp ý kiến thầy giáo, bạn bè đồng nghiệp quan tâm đến vấn đề để luận văn hồn chỉnh có ý nghĩa Cuối xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo, cán giảng dạy thuộc Khoa Kỹ thuật Điện tử đặc biệt tơi xin bày tỏ lịng biết ơn cảm ơn sâu sắc tới cán hướng dẫn khoa học , đặc biệt cô ĐẶNG CẨM THẠCH trang bị kiến thức, dẫn dắt, bảo động viên suốt thời gian qua SVTH:Trịnh Vũ Tiến Khoa điện tử Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHCNHN TỔNG QUAN Tính cấp thiết đề tài : Trong yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến phát triển kinh tế xã hội Việt Nam hệ thống điện lưới Quốc gia Nó có ý nghĩa quan trọng song song với phát triển nhanh chóng lĩnh vực an ninh, quốc phòng, sản xuất, công nghiệp, du lịch, Nhu cầu sản xuất tiêu thụ điện tăng lên ngày rõ rệt Trong năm gần hoạt động nghiên cứu, ứng dụng lượng tái tạo để thiết kế hệ thống phát điện nước ta phát triển mạnh mẽ rộng khắp Đặc biệt từ lâu người biết sử dụng lượng gió để tạo thay cho sức lao động nặng nhọc, điển hình thuyền buồn chạy sức gió, cối xay gió xuất từ kỉ XIV Hơn từ vài chục năm gần với nguy cạn kiệt dần nguồn nhiên liệu khai thác từ lòng đất vấn đề ô nhiễm môi trường việc đốt hàng ngày khối lượng lớn nguồn nhiên liệu hố thạch Từ điều kiện tình hình thực tế việc nghiên cứu, sử dụng dạng lượng tái tạo thiên nhiên có lượng gió lại nhiều nước giới đặc biệt quan tâm Trên sở áp dụng thành tựu nhiều ngành khoa học tiên tiến việc nghiên cứu sử dụng lượng gió đạt tiến lớn chất lượng thiết bị quy mô ứng dụng Một ứng dụng quan trọng sức gió để tạo hệ thống phát điện Vì đề tài “Xây dựng điều khiển cho trạm phát điện sức gió cơng suất nhỏ dùng cho khu chăn ni thủy sản ven biển ” mang tính cấp thiết có ý nghĩa quan trọng điều kiện tình hình kinh tế - xã hội Việt Nam SVTH:Trịnh Vũ Tiến Khoa điện tử Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHCNHN Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài : - Ý nghĩa khoa học : Đánh giá dự báo tình hình nghiên cứu sử dụng nguồn lượng gió Việt Nam Đồng thời nêu lên vai trò nguồn lượng gió tương lai - Ý nghĩa thực tiễn : Tìm giải pháp phù hợp với điều kiện thực tế nước ta để lựa chọn xây dựng hệ thống phát điện nguồn phát lượng gió cơng suất nhỏ tương ứng với tiềm gió Việt Nam, tạo điều kiện phát triển kinh tế phù hợp với chiến lược phát triển địa phương, vùng núi, vùng ven biển mà điện lưới quốc gia chưa có khả vươn tới Phương pháp nghiên cứu : Để giải vấn đề đề tài đặt ra, tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu sau đây: - Tổng hợp đánh giá nguồn lượng gió, trạng ứng dụng nguồn gió Việt Nam Phân tích tiềm nguồn lượng gió Việt Nam để đưa biện pháp sử dụng cách hợp lý hiệu - Cấu trúc tổng quát hệ thống phát điện sức gió - Xây dựng điều khiển cho trạm phát điện sức gió cơng suất nhỏ Nội dung nghiên cứu : Bản luận văn chia làm chương với nội dung sau : Chương 1: Nghiên cứu nguồn lượng gió, tiềm ứng dụng Việt Nam Chương 2: Cấu trúc tổng quan hệ thống phát điện sức gió cơng st nhỏ Chương 3: Xây dựng đổi điện chiều/ xoay chiều hình Sin sử dụng vi điều khiển SVTH:Trịnh Vũ Tiến Khoa điện tử Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHCNHN CHƯƠNG TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ TIỀM NĂNG VÀ ỨNG DỤNG Ở VIỆT NAM 1.1 Nguồn công nghệ sử dụng lượng gió 1.1.1 Nguồn lượng gió Năng lượng gió dạng chuyển tiếp lượng mặt trời, ánh nắng ban ngày đun nóng bầu khí quyển, tạo nên tình trạng chênh lệch nhiệt độ áp suất nhiều vùng khác nhau, khối khơng khí từ khu vực có áp suất cao dịch chuyển nhanh đến vùng có áp suất thấp hơn, tạo tượng gió thổi khắp bề mặt địa cầu 1.1.2 Các cơng nghệ sử dụng lượng gió Năng lượng gió (NLG) thường khai thác từ trạm đặt độ cao (20 - 70m) so với bề mặt trái đất Trên độ cao lớn (8-12) km gọi tầng đối lưu, có gió thường xuyên gọi dịng chảy luồng (hay luồng khí) Gió loại có vận tốc lớn (25-80)m/s, tiềm năng lượng chúng lớn nhiều Đặc tính gió tầng khác nhiều so với đặc tính gió mặt đất Song sử dụng gió độ cao gặp phải số khó khăn lớn mặt kỹ thuật chuyển tải điện từ độ cao lớn tới mặt đất Đặc tính quan trọng đánh giá động gió vận tốc Dưới ảnh hưởng loạt yếu tố khí tượng (sự nhiễu loạn khí quyển, thay đổi tác động mặt trời lượng lượng nhiệt truyền tới mặt đất ), đồng thời điều kiện địa hình chỗ, tốc độ gió thay đổi giá trị hướng Đặc trưng NLG tập hợp liệu cần thiết đủ độ tin cậy đặc trưng cho gió nguồn lượng cho phép làm rõ giá trị lượng Đó hệ thống liệu đặc trưng cho chế độ gió vùng khác nhau, sở tính tốn chế độ thời gian làm việc tổ máy với công suất khác lượng tổng cộng khai thác SVTH:Trịnh Vũ Tiến Khoa điện tử ... ĐHCNHN CHƯƠNG TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ TIỀM NĂNG VÀ ỨNG DỤNG Ở VIỆT NAM 1.1 Nguồn công nghệ sử dụng lượng gió 1.1.1 Nguồn lượng gió Năng lượng gió dạng chuyển tiếp lượng mặt trời,... pháp nghiên cứu : Để giải vấn đề đề tài đặt ra, tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu sau đây: - Tổng hợp đánh giá nguồn lượng gió, trạng ứng dụng nguồn gió Việt Nam Phân tích tiềm nguồn lượng gió. .. 1.3 Năng lượng gió Việt Nam 1.3.1 Tiềm năng lượng gió Tiềm năng lượng gió (NLG) Việt Nam vào loại trung bình Hầu hết khu vực đất liền có NLG thấp, khai thác khơng hiệu Chỉ có vài nơi, có địa hình