De cuong mon hoc Đại Học Quốc Gia TP HCM Trường Đại Học Bách Khoa Khoa Điện – Điện tử Vietnam National University – HCMC Ho Chi Minh City University of Technology Faculty of Electrical and Electronics[.]
Đại Học Quốc Gia TP.HCM Trường Đại Học Bách Khoa Khoa Điện – Điện tử Vietnam National University – HCMC Ho Chi Minh City University of Technology Faculty of Electrical and Electronics Engineering Đề cương môn học HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG XANH (Green Power & Energy System) Số tín (3,0,6) Số tiết Tổng: 45 Môn ĐA, TT, LV Tỉ lệ đánh giá Hình thức đánh giá MSMH LT: 45 TH: BT: 0% TN: 0% KT: 30% - Bài tập: gồm tập lớp tập nhà - Kiểm tra, Thi cuối học kì: tự luận, 90-120 phút TN: BTL/TL: X BTL/TL: 20% Thi: 50% Môn tiên Môn học trước Cơ sở Kĩ thuật điện; Máy điện; Hệ thống điện Môn song hành CTĐT ngành Trình độ đào tạo Kỹ thuật điện - điện tử; Kỹ thuật điều khiển tự động hóa; Kỹ thuật điện tử, truyền thơng Đại học Cấp độ môn học Ghi khác Mục tiêu môn học Cung cấp cho người học kiến thức tảng kỹ hệ thống lượng xanh bao gồm kĩ thuật sản xuất lượng tái tạo từ nguồn lượng gió, mặt trời, sức nước, sinh khối, giải pháp tích trữ lượng bối cảnh các nguồn 1/10 lượng tái tạo xâm nhập ngày sâu rộng và làm việc hệ thống điện truyền thống Goals To provide fundamental knowledge and skills about green energy system with wind, solar, hydro power and biomass along with storage technologies in the context of ever increasingly larger penetration of renewables into existing power grids Nội dung tóm tắt mơn học Mơn học cung cấp cho sinh viên kiến thức trình sản xuất điện từ nguồn lượng tái tạo qua đề mục về: nguồn lượng sơ cấp, biến đổi công suất, kĩ thuật tích trữ điện Nội dung cụ thể môn học bao gồm: - CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM - CHƯƠNG II: NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ KĨ THUẬT QUANG ĐIỆN - CHƯƠNG III: NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ KĨ THUẬT PHÁT ĐIỆN GIÓ - CHƯƠNG IV: CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG KHÁC - CHƯƠNG V : KĨ THUẬT TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG - CHƯƠNG VI: ỨNG DỤNG CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ LƯỚI ĐIỆN NHỎ (MICROGRID) Course outline: The course provides fundamentals of green power& energy system with chapters on the following topics: - Chapter 1: Introduction to Energy System in VietNam - Chapter 2: Solar Power and PhotoVoltaics - Chapter 3: Wind Power Technology - Chapter 4: Other Renewable Resources and technologies - Chapter 6: Energy Storage - Chpater7: Renewable Energy Applications and Microgrids Tài liệu học tập Sách, Giáo trình chính: 2/10 [1] Kỹ thuật hệ thống lượng tái tạo, Hồ Phạm Huy Ánh, Nguyễn Hữu Phúc, Nguyễn Văn Tài, Phạm Đình Trực, Nguyễn Quang Nam, Trần Cơng Binh, Phan Quang Ấn, NXB ĐHQG HCM, 2013 [2] Renewable and Efficient Electric Power Systems - Gilbert M Masters - Stanford University - John Wiley & Sons, April 2004 [3] Wind and Solar Power System - Mukund R Patel - CRC Press, Boca Raton London New York Washington, D.C – 1999 [4] Power Electronics for Renewable Sources - C V Nayar,S M Islam - Centre for Renewable Energy and Sustainable Technologies, Curtin University of Technology, Perth, Western Australia, - 2001 [5] Power Plant Technology, M.M El-Wakil, Mc Graw Hill Book Co 1984 [6] Microgrid : Architectures and Control, Nikos Hatziargyriou, John Wiley and Sons Ltd 2014 Nội dung chi tiết Phần lý thuyết (45 tiết) Hiểu biết, kỹ cần đạt sau học môn học STT Tuần Chương 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM I.1 Tổng quan tình hình lượng Việt Nam I.2 Hệ thống điện Việt Nam: phát triển I.2 Tiềm ứng dụng lượng tái tạo Việt Nam 1.3 Kĩ thuật phát điện phân tán Chuẩn đầu môn học (1.2, 2.1, 3.1, 3.2, 4.3) L.O.1- Mơ tả tổng quan tình hình lượng Việt Nam CDIO Chuẩn đầu chi tiết theo CDIO Hoạt động dạy& học Hoạt động đánh giá 1.2 L.O.1.1 Nắm thơng tin tình hình lượng hệ thống điện Việt Nam L.O.1.2- Nhận biết Kĩ thuật phát điện phân tán Giảng viên: - Tự giới thiệu - Giới thiệu lướt qua đề cương mơn học - Giải thích hoạt động cá nhân & nhóm - Thúc đầy hoạt động nhóm - Trình bày slides Chương 1: Tổng quan Năng Lượng Việt Nam Thảo luận lớp Về nhà: - Cung cấp tài liệu tham khảo 1-23-45 CHƯƠNG II: NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ KĨ THUẬT QUANG ĐIỆN II.1 Nguồn lượng mặt trời L.O.2- Phân tích giải tốn hệ thống lượng mặt trời 1.3; 2.1; 3.1; L.O.2.1- Giải thích tinh tốn vị trí mặt trời ngày địa 3/10 Sinh viên: - Tìm hiểu đề cương mơn học slides trình bày Giảng viên: - Trình bày giảng Bài tập lớp #1, #2, #3, #4 STT Tuần Chương II.1.1 Quỹ đạo trái đất II.1.2 Góc chiếu mặt trời vào trưa II.1.3 Vị trí mặt trời theo ngày II.1.4 Phân tích bóng che dùng sơ đồ hướng mặt trời II.1.5 Tính mặt trời theo múi II.1.6 Mặt trời mọc mặt trời lặn II.2 Tế bào quang điện II.2.1 Vật liệu quang điện II.2.2 Tế bào quang điện II.2.3 Ghép tế bào quang điện II.3 Đặc tuyến I-V pin quang điện II.3.1 Đặc tuyến I-V II.3.2 Tác động nhiệt độ cường độ xạ II.3.3 Tác động bóng che II.4 Cơng nghệ chế tạo pin quang điện II.4.1 Pin quang điện dùng tinh thể silicon II.4.2 Pin quang điện màng mỏng II.5 Đặc tính tải pin quang điện II.5.1 Đặc tuyến I-V cho tải trở II.5.2 Đặc tuyến I-V cho tải động DC II.5.3 Đặc tuyến I-V cho tải acquy II.5.4 Dị điểm cơng suất cực đại (MPPT) II.5.5 Đặc tuyến I-V theo II.6 Hệ điện mặt trời độc lập II.6.1 Ước lượng tải tiêu thụ II.6.2 Bộ nghịch lưu hệ điện áp II.6.3 Acquy II.6.4 Acquy chì - axit II.6.5 Dung lượng acquy II.6.6 Hiệu suất Coulomb hiệu suất acquy chì II.6.7 Tính tốn dung lượng acquy II.6.8 Diode chống ngược II.6.9 Tính tốn lắp ghép dàn pin mặt trời II.6.10 Hệ nguồn điện mặt trời lai II.6.11 Tóm tắt hệ điện mặt trời độc lập II.7 Hệ điện mặt trời nối lưới Chuẩn đầu môn học (1.2, 2.1, 3.1, 3.2, 4.3) CDIO 3.2; 4.3.1 Chuẩn đầu chi tiết theo CDIO điểm xác định L.O.2.2- Giải thích chất vật lí tượng biến đổi quang điện công nghệ sản xuất pin mặt trời L.O.2.3- Phân tích đặc tính pin quang điện nắm kiến thức acqui axitchì >> L.O.2.3.1- Phân tích đặc tình pin mặt trời I(V), P(V) theo nhiệt độ môi trường, cường độ xạ mặt trời, ảnh hưởng bóng che >>L.O.2.3.2- Xây dựng phân tích đặc tính hệ thống pin mặt trời cho cách ghép nối khác (nối tiếp, song song, hỗn hợp) làm việc với loại phụ tải khác >>L.O.2.3.3- Phân tích giải toán liên quan đến kĩ thuật dị tìm điểm cơng suất cực đại L.O.2.4- Áp dụng, giải toán liên quan hệ thống pin mặt trời 4/10 Hoạt động dạy& học Chương - Thảo luận với SV kĩ thuật pin mặt trời, hệ thống pin mặt trời cho áp dụng độc lập nối lưới - Trình bày video clip phát triển kĩ thuật pin mặt trời Về nhà: - Cung cấp tài liệu tham khảo, tập nhà, tập lớn theo nhóm Sinh viên: - Làm tập nhà, tập lớn theo nhóm Hoạt động đánh giá STT Tuần Chương Chuẩn đầu môn học (1.2, 2.1, 3.1, 3.2, 4.3) CDIO Chuẩn đầu chi tiết theo CDIO >> L.O.2.4.1- Tính tốn, lựa chọn phần tử hệ thống mặt trời độc lập cung cấp điện cho phụ tải gia dụng với nguồn điện dự trữ acqui axít-chì 5/10 Hoạt động dạy& học Hoạt động đánh giá STT Tuần Chương Chuẩn đầu môn học (1.2, 2.1, 3.1, 3.2, 4.3) CDIO Chuẩn đầu chi tiết theo CDIO 6/10 Hoạt động dạy& học Hoạt động đánh giá STT Tuần Chương 6-78-910 CHƯƠNG III: NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ KĨ THUẬT PHÁT ĐIỆN GIÓ III.1 Lịch sử phát triển lượng gió III.2 Các loại turbin gió III.3 Cơng suất gió III.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ lên mật độ gió III.3.2 Ảnh hưởng độ cao lên mật độ gió III.4 Ảnh hưởng chiều cao trụ tháp III.5 Định luật Betz cho hiệu suất cực đại III.6 Cơng suất gió trung bình III.6.1 Biểu đồ gió rời rạc III.6.2 Các hàm mật độ xác suất lượng gió III.6.3 Thống kê Weibull Rayleigh III.6.4 Cơng suất gió trung bình tính theo hàm thống kê Rayleigh III.6.5 Các tiêu chuẩn lượng gió III.7 Ước lượng lượng turbin gió III.7.1 Tính lượng hàng năm theo suất trung bình turbin gió III.7.2 Cánh đồng gió III.8 Đặc tính vận hành turbin gió III.8.1 Các thơng số khí động lực học cánh quạt gió III.8.2 Đặc tính cơng suất máy phát điện gió lý tưởng III.8.3 Tối ưu đường kính cánh quạt công suất định mức máy phát III.8.4 Hàm phân bố vận tốc gió III.8.5 Khảo sát đặc tính cơng suất thực theo phân bố Weibull- Raleigh III.8.6 Sử dụng hệ số khả CF để ước lượng lượng máy phát điện gió III.9 Máy phát turbin gió III.9.1 Máy phát đồng III.9.2 Máy phát khơng đồng III.9.3 Điều chỉnh tốc độ để đạt công suất cực đại III.9.4 Tầm quan trọng việc điều khiển tốc độ rotor III.9.5 Kĩ thuật turbine dùng hộp số không dùng Chuẩn đầu môn học (1.2, 2.1, 3.1, 3.2, 4.3) CDIO L.O.3- Phân tích giải tốn hệ thống phát điện gió 1.3; 2.1; 3.1; 3.2; 4.3.1 Chuẩn đầu chi tiết theo CDIO L.O.3.1- Giải thích so sánh kĩ thuật turbine gió L.O.3.2- Giải thích chất vật lí lượng gió, biều thức tính cơng suất gió phân tích lực tác động lên cánh quạt gió L.O.3.3- Giải thích, áp dụng định luật Betz tính tốn cơng suất gió, quan hệ hiệu suất rotor Cp theo hệ số TSR, quan hệ công suất điện phát theo tốc độ gió thay đổi miền làm việc I, II, III, IV L.O.3.4- Phân tích hàm xác suất phân bố mật độ gió Weibull, Raleigh, biểu thức tính tốn cơng suất gió theo vận tốc trung bình L.O.3.5- Phân tích nguyên lí làm việc loại máy phát gió khác (máy phát khơng đồng rơto lồng sóc, DFIG, máy phát đồng bộ) biến đổi cơng suất liên quan L.O.3.6- Tính tốn, ước lượng công suất lượng điện/ năm phát 7/10 Hoạt động dạy& học Hoạt động đánh giá Giảng viên: - Trình bày giảng Chương - Thảo luận với SV kĩ thuật turbine, máy phát gió làm việc độc lập hay với hệ thống điện - Trình bày video clip phát triển kĩ thuật phát điện gió Bài tập lớp #5, #6, #7, #8, #9 Về nhà: - Cung cấp tài liệu tham khảo, tập nhà, tập lớn theo nhóm Sinh viên: - Làm tập nhà, tập lớn theo nhóm STT Tuần Chương Chuẩn đầu mơn học (1.2, 2.1, 3.1, 3.2, 4.3) CDIO hộp số III.10 Tính tốn kinh tế máy phát điện dùng sức gió III.10.1 Tính tốn theo chi phí đầu tư chi phí vốn vay phải trả hàng năm III.10.2 Xác định chi phí hàng năm điện cấp từ máy phát điện gió III.11 Tác động mơi trường máy phát điện gió 9-10 CHƯƠNG IV: CÁC LOẠI NĂNG LƯƠNG TÁI TẠO KHÁC IV.1 Thuỷ điện nhỏ IV.2 Năng lượng thủy triều IV.3 Năng lượng đại dương IV.4 Năng lượng địa nhiệt IV.5 Năng lượng sinh khối IV.6 Tiềm ứng dụng nguồn lượng tái tạo Chuẩn đầu chi tiết theo CDIO Hoạt động dạy& học Hoạt động đánh giá turbine gió địa điểm với thông số cho trước L.O.3.7- Nhận dạng xác định vấn đề điều khiên turbien gió để đạt công suất cực đại miền làm việc II phát công suất định mức miền III L.O.4- Mơ tả giải thích ngun lí làm việc hệ thống khai thác lượng từ dạng khác lượng tái tạo 1.3; 2.1; 3.1; 3.2 L.O.3.8- Minh họa kĩ thuật liên quan đến phần học kinh tế turbie gió: cánh quạt, kĩ thuật hộp số không hộp số, trụ tháp, kĩ thuật phát điện gió gần bờ xa bờ, ước lượng kinh tế dự án phát điện gió L.O.4.1- Phân tích, tính tốn cơng suất khả dụng từ nguồn thủy điện nhỏ với thông số cho L.O.4.2- So sánh mặt ưu, nhược điểm kĩ thuật thủy điện cột nước cao cột nước thấp 8/10 Bài tập lớp #10, #11 STT Tuần Chương Chuẩn đầu môn học (1.2, 2.1, 3.1, 3.2, 4.3) CDIO Chuẩn đầu chi tiết theo CDIO Hoạt động dạy& học Hoạt động đánh giá 11, 1213 CHƯƠNG V: TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG V.1 Các loại Acqui V.1.1 Giới thiệu acqui V.1.2 Các loại acqui V.1.3 Dung lượng tích trữ acquy V.1.4 Đặc tính nạp xả hiệu suất acquy V.1.5 Tính tốn thiết kế hệ acquy V.2 Acquy chì – axit V.3 Acquy lithium V.4 Pin nhiên liệu V.4.1 Giới thiệu tích trữ lượng dùng pin nhiên liệu V.4.2 Bộ điện phân - Electrolyser V.4.3 Pin nhiên liệu – Fuel cell V.4.4 Mơ hình tích trữ pin nhiên liệu V.4.5 Ứng dụng pin nhiên liệu V.4.6 Phân tích pin nhiên liệu V.5 Các kĩ thuật tích trữ lượng khác L.O.5- Mơ tả giải thích nguyên lí làm việc kĩ thuật tích trữ lượng 1.3; 2.1; 3.1; 3.2 L.O.5.1- Phân tích nguyên lí làm việc loại acqui khác Giảng viên: - Trình bày giảng Chương - Thảo luận với SV kĩ thuật tích trữ lượng tiềm Thảo luận lớp CHƯƠNG VI: ỨNG DỤNG CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ LƯỚI ĐIỆN NHỎ (MICROGRID) VI.1 Một số mạch biến đổi lượng VI.1.1 Mạch DC/DC VI.1.2Mạch sạc acquy từ pin mặt trời VI.1.3 Mạch sạc acquy từ turbin gió VI.1.4 Mạch nghịch lưu (DC/AC) VI.1.5 Mạch nghịch lưu hịa lưới VI.2 Tính tốn thiết kế sử dụng điện mặt trời VI.2.1 Hệ điện mặt trời độc lập VI.2.1 Hệ điện mặt trời hịa lưới VI.3 Tính tốn thiết kế sử dụng turbin gió VI.4 Hệ thống cung cấp điện từ nguồn lượng điện phân tán- Giới thiệu Kĩ thuật lưới điện nhỏ (Microgrid) VI.5 Ứng dụng nguồn lượng dân dụng, công nghiệp, giao thơng vận tải L.O.6- Phân tích giải toán ứng dụng nguồn lượng tái tạo lưới điện nhỏ 14, 15 L.O.5.2- Phân tích nguyên lí làm việc kĩ thuật pin nhiên liệu L.O.5.3- So sánh kĩ thuật tích trữ lượng khác dựa biểu đồ Ragone Về nhà: - Cung cấp tài liệu tham khảo Sinh viên: - Nắm vững 1.3; 2.1; 3.1; 3.2; 4.3.1 L.O.6.1- Phân tích, tính tốn mạch biến đổi cơng suất DC-DC, DC/AC làm việc với hệ thống pin mặt trời L.O.6.2- Phân tích cấu trúc lưới điện nhỏ Giảng viên: - Trình bày giảng Chương - Thảo luận với SV kĩ thuật biến đổi công suất khác nhau, cấu trúc lưới điện nhỏ Về nhà: - Cung cấp tài liệu tham khảo, tập nhà 9/10 Sinh viên: - Làm tập nhà - Bài tập lớp #12, #13 - Ôn tập chủ đề mơn học Hướng dẫn cách học - chi tiết cách đánh giá môn học Tài liệu đưa lên BKEL Sinh viên tải về, in mang theo lên lớp học Điểm tổng kết môn học đánh giá xuyên suốt trình học Bài tập/ Bài tập lớn: 20% Kiểm tra: 30% Thi: 50% Dự kiến danh sách Cán tham gia giảng dạy - CBGD thuộc Khoa Điện – Điện tử Thông tin liên hệ Khoa phụ trách Giảng viên trưởng nhóm mơn học Email Khoa Điện – Điện tử Nguyễn Hữu Phúc nhphuc@hcmut.edu.vn Tp Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng năm 2014 TRƯỞNG KHOA CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CB PHỤ TRÁCH LẬP ĐỀ CƯƠNG Nguyễn Hữu Phúc 10/10