Đang tải... (xem toàn văn)
Chương I:TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 4 I) Lịch sử hình thành : 4 1) Khái niệm năng lượng gió 4 2) Lịch sử hình thành và phát triển 5 II) Quá trình phát triển của động cơ gió phát điện : 8 III) Ưu nhược điểm của năng lượng gió : 14 Chương II:TRIỂN VỌNG PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ TẠI VIỆT NAM 17 I. Tiềm năng phát triển năng lượng gió ở Việt Nam: 17 II) Cơ chế chính sách phát triển năng lượng gió ở Việt Nam: 20 1) Các dự án điện gió tại Việt Nam 21 2) Những khó khăn , trở ngại cho sự phát triển điện gió tại Việt Nam 23 Chương III:TURBINE GIÓ 24 I) Sơ lược lịch sử phát triển của turbine gió : 24 II) Các loại Turbine gió thông dụng : 26 III) Cấu tạo cơ bản của một turbine gió: 30 6) Cấu tạo 30 7) Nguyên lí làm việc : 31 8) Lắp đặt turbine gió : 32 IV) Các mô hình turbine gió : 33 Chương IV:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TURBINE GIÓCHO 4 HỘ GIA ĐÌNH 36 I) Yêu cầu thiết kế : 36 II) Tính toán các thông số của Turbin gió 37 1) Lựa chọn máy phát điện 37 2) Tính toán bán kính cánh quạt rotor 39 3) Tính toán tốc độ gió tiếp tuyến đầu cánh 39 4) Tính góc đặt β ở tiết diện đặc biệt của cánh NACA 2412 41 5) Lực quay ,vận tốc góc,momen quay của rotor 45 6) Chọn cáp cho Turbine 45 7) Thiết bị định hướng gió 49 8) Hệ thống phanh 50 9) Chống sét cho tuabin điện gió 50 Chương V: TÍNH TOÁN CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG 52 I) Chọn bộ điều khiển ( controller ) : 52 II) Chọn công suất bộ biến đổi nguồn ( inverter ) : 55 III) Tính toán chọn Acquy: 56 IV) Sơ đồ hệ thống : 57 Chương VI:TÍNH KINH TẾ CỦA HỆ THỐNG TUABINE GIÓ 58 I) Lợi ích từ việc sử dụng turbine gió: 58 II) Tính toán giá thành lắp đặt : 58 Chương I: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ I) Lịch sử hình thành : 1) Khái niệm năng lượng gió : Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. Sử dụng năng lượng gió là một trong các cách khai thác năng lượng xa xưa nhất từ tự nhiên và đã được biết đến từ thời kỳ Cổ Đại. Bởi sự ảnh hưởng không đồng đều của nhiệt độ mặt trời vào bầu khí quyển làm cho không khí giữa vùng này và vùng khác bị chênh lệch về áp suất do vậy sinh ra sự chuyển động không khí từ vùng có áp suất cao đến vùng không khí có áp suất thấp và sự chuyển động đó được gọi là gió . Chúng ta biết sự chuyển động của gió tạo ra một lực cơ học và nó ở dạng lực mặt do vậy nó cũng có chiều có hướng và có độ lớn cũng có nghĩa là có năng lượng ở dạng cơ năng nên từ xa xưa con người đã biết lợi dụng sức gió để ứng dụng vào cuộc sống (cối xay gió, thuyền buồm,…) nhưng đấy là những ứng dụng đơn giản còn trong thời đại hiện nay có sự nghiên cứu và đã được ứng dụng rộng rãi, năng lượng gió được chuyển sang điện năng. Việc ứng dụng đó gọi là sử dụng năng lượng gió. 2) Lịch sử hình thành và phát triển: a) Vấn đề về năng lượng cho tương lai : Nhân loại bước vào thế kỷ XXI. Thiếu hụt năng lượng và vấn nạn ô nhiễm môi trường đang là những mối đe dọa sự phát triển bền vững của ngôi nhà chung “trái đất” của chúng ta và ngay cả nguồn thủy điện tưởng như vô hại đến môi trường thì nay người ta đã phải quan tâm đến những hậu quả nghiêm trọng là làm mất cân bằng sinh thái. Do vậy, việc khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió, năng lượng Mặt Trời…là hướng đi quan trọng trong quy hoạch phát triển năng lượng, đảm bảo an ninh năng lượng cho mỗi quốc gia. Năng lượng là một trong những vấn đề cấp thiết mà con người cần giải quyết và là một trong những yếu tố quan trọng không thể thiếu được của hoạt động kinh tế. Khi mức sống của người dân càng được nâng cao cao, trình độ sản xuất của nền kinh tế ngày càng hiện đại thì nhu cầu về năng lượng cũng ngày càng phát triển theo, và việc thỏa mãn yêu cầu này thực sự là một câu hỏi lớn dành cho hầu hết mọi quốc gia. Và Việt Nam cũng không trãnh khỏi vấn đề đó, sự phát triển của nền kinh tế từ sau cải cách làm gia tăng nhu cầu về điện tăng một cách nhanh chóng trong khi khả năng cung ứng chưa phát triển kịp thời để đáp ứng nhu cầu đó. Nếu tiếp tục, nguy cơ thiếu điện và năng lượng vẫn sẽ còn là một câu hỏi lớn của ngành điện lực Việt Nam cũng như của các doanh nghiệp và người dân cả nước. Với giá xăng dầu lên cao, năng lượng trở thành một vấn đề đặt lên hàng đầu cho mọi quốc gia kể cả những nước đã phát triển. Giá xăng dầu lên kéo theo giá các năng lượng khác như khí đốt, than… cũng tăng mạnh theo.Thêm vào đó là vấn đề ô nhiễm môi trường, than hay dầu khí thải nhiều hóa chất ô nhiễm, làm nóng trái đất dẫn đến xảy ra các hiện tượng hiệu ứng nhà kính... Năng lượng từ dầu khí đã đẩy mạnh công cuộc sản xuất của nhân loại trong hàng trăm năm nay. Nhưng nguồn năng lượng này đang suy giảm theo từng ngày do sự khai thác cùa con người, theo ước tính trữ lượng dầu sẽ hết trong thời gian sắp tới. Tìm kiếm nguồn năng lượng mới là một nguồn năng lượng tái tạo và sạch với môi trường đã trở thành một nhu cầu, một bài toán cho nhân loại. Trong các nguồn năng lượng tái tạo cho đến nay, chỉ có thủy điện là đang được khai thác đáng kể trong cuộc sống hiện nay. Trong những nguồn năng lượng: điện gió, điện mặt trời, trái đất, biomass cho đến nay tiềm năng phát triển lớn là năng lượng gió và năng lượng mặt trời. Đó được xem như dạng năng lượng quan trọng trong tương lai, đó là nguồn năng lượng sạch, vô tận và là nguồn năng lượng thân thiện với môi trường không ảnh hưởng hệ sinh thái. b) Quá trình hình thành và phát triển của năng lượng gió : Lịch sử phát triển của thế giới loài người đã chứng kiến những ứng dụng của năng lượng gió vào cuộc sống từ rất lâu về trước.Gió giúp quay các cối xay, gió thổi vào cánh buồm giúp đưa các con thuyền đi xa.Theo những tài liệu từ người xưa còn giữ lại thì bản thiết kế đầu tiên của chiếc cối xay hoạt động nhờ vào sức gió là vào khoảng thời gian những năm 500 900 sau CN tại Ba Tư Đặc điểm nổi bật của thiết bị này đó là các cánh đón gió được bố trí xung quanh một trục đứng, minh hoạ một mô hình cánh gió đựợc lắp tại Trung Mỹ vào cuối thế kỷ 19, mô hình này cũng có cấu tạo cánh đón gió quay theo trục đứng giống như trong hình dưới. Hình 1.1 Mô hình cánh gió tại Trung Mỹ, cuối TK 19 Sau đó kể từ thế kỉ thứ 13 , các cối xay gió xuất hiện tại Tây Âu với cấu trúc có các cánh đón gió theo phương quay ngang chúng có cấu tạo phức tạp hơn mô hình thiết kế tại Ba Tư. Cải tiến cơ bản của thiết kế này là đã tận dụng đựợc lực nâng khí động học tác dụng vào cánh gió do đó sẽ làm hiệu suất biến đổi năng lượng gió của cối xay gió thời kỳ này cao hơn nhiều so với mô hình thiết kế từ những năm 500 900 tại Ba Tư.
Đồ án 3: Năng lượng tái tạo GVHD: Nguyễn Dáo LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực hiện, hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy Nguyễn Dáo em hoàn thành Đồ án đề tài “ Tìm hiểu cơng nghệ điện gió – Tính tốn tuabine điện gió cho hộ gia đình có hịa lưới” Em học nhiều kiến thức điện gió, nguồn lượng cho tương lai, biết thêm nhiều kiến thức phát triển lượng cho tương lai người đặc biệt nhu cầu phát triển lượng Việt Nam thời kỳ cơng nghiệp hóa đại hóa Những kiến thức bổ ích giúp cho việc học tìm hiểu em tốt học giải vấn đề, điều có ích cho em làm việc Song với kiến thức hạn chế, kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên trình làm đồ án em khơng tránh khỏi sai sót Vì vậy, em mong nhận xét góp ý thầy cô Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Dáo tồn thể thầy giáo mơn trường ĐH Tơn Đức Thắng giúp em hồn thành tốt đồ án Sinh viên thực Đỗ Việt Nghĩa SVTH:Đỗ Việt Nghĩa Việt Nghĩat Nghĩa Page Đồ án 3: Năng lượng tái tạo GVHD: Nguyễn Dáo MỤC LỤC Chương I:TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ .4 I) Lịch sử hình thành : 1) Khái niệm lượng gió .4 2) Lịch sử hình thành phát triển II) Quá trình phát triển động gió phát điện : III) Ưu nhược điểm lượng gió : 14 Chương II:TRIỂN VỌNG PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ TẠI VIỆT NAM 17 I Tiềm phát triển lượng gió Việt Nam: 17 II) Cơ chế sách phát triển lượng gió Việt Nam: 20 1) Các dự án điện gió Việt Nam 21 2) Những khó khăn , trở ngại cho phát triển điện gió Việt Nam 23 Chương III:TURBINE GIÓ 24 I) Sơ lược lịch sử phát triển turbine gió : .24 II) Các loại Turbine gió thơng dụng : 26 III) Cấu tạo turbine gió: 30 6) Cấu tạo 30 7) Nguyên lí làm việc : 31 8) Lắp đặt turbine gió : 32 IV) Các mô hình turbine gió : 33 Chương IV:TÍNH TỐN THIẾT KẾ TURBINE GIĨCHO HỘ GIA ĐÌNH 36 I) Yêu cầu thiết kế : 36 II) Tính tốn thơng số Turbin gió 37 1) Lựa chọn máy phát điện 37 2) Tính tốn bán kính cánh quạt rotor 39 3) Tính tốn tốc độ gió tiếp tuyến đầu cánh .39 SVTH:Đỗ Việt Nghĩa Việt Nghĩat Nghĩa Page Đồ án 3: Năng lượng tái tạo GVHD: Nguyễn Dáo 4) Tính góc đặt β tiết diện đặc biệt cánh NACA 2412 41 5) Lực quay ,vận tốc góc,momen quay rotor .45 6) Chọn cáp cho Turbine 45 7) Thiết bị định hướng gió 49 8) Hệ thống phanh .50 9) Chống sét cho tua-bin điện gió 50 Chương V: TÍNH TỐN CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG 52 I) Chọn điều khiển ( controller ) : .52 II) Chọn công suất biến đổi nguồn ( inverter ) : 55 III) Tính tốn chọn Acquy: 56 IV) Sơ đồ hệ thống : 57 Chương VI:TÍNH KINH TẾ CỦA HỆ THỐNG TUABINE GIĨ 58 I) II) Lợi ích từ việc sử dụng turbine gió: 58 Tính tốn giá thành lắp đặt : 58 SVTH:Đỗ Việt Nghĩa Việt Nghĩat Nghĩa Page Đồ án 3: Năng lượng tái tạo GVHD: Nguyễn Dáo Chương I: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIĨ I) Lịch sử hình thành : 1) Khái niệm lượng gió : Năng lượng gió động khơng khí di chuyển bầu khí Trái Đất hình thức gián tiếp lượng mặt trời Sử dụng lượng gió cách khai thác lượng xa xưa từ tự nhiên biết đến từ thời kỳ Cổ Đại Bởi ảnh hưởng không đồng nhiệt độ mặt trời vào bầu khí làm cho khơng khí vùng vùng khác bị chênh lệch áp suất sinh chuyển động khơng khí từ vùng có áp suất cao đến vùng khơng khí có áp suất thấp chuyển động gọi gió Chúng ta biết chuyển động gió tạo lực học dạng lực mặt SVTH:Đỗ Việt Nghĩa Việt Nghĩat Nghĩa Page Đồ án 3: Năng lượng tái tạo GVHD: Nguyễn Dáo có chiều có hướng có độ lớn có nghĩa có lượng dạng nên từ xa xưa người biết lợi dụng sức gió để ứng dụng vào sống (cối xay gió, thuyền buồm,…) ứng dụng đơn giản thời đại có nghiên cứu ứng dụng rộng rãi, lượng gió chuyển sang điện Việc ứng dụng gọi sử dụng lượng gió 2) Lịch sử hình thành phát triển: a) Vấn đề lượng cho tương lai : Nhân loại bước vào kỷ XXI Thiếu hụt lượng vấn nạn ô nhiễm môi trường mối đe dọa phát triển bền vững nhà chung “trái đất” nguồn thủy điện tưởng vô hại đến mơi trường người ta phải quan tâm đến hậu nghiêm trọng làm cân sinh thái Do vậy, việc khai thác sử dụng nguồn lượng lượng hạt nhân, lượng địa nhiệt, lượng gió, lượng Mặt Trời…là hướng quan trọng quy hoạch phát triển lượng, đảm bảo an ninh lượng cho quốc gia Năng lượng vấn đề cấp thiết mà người cần giải yếu tố quan trọng thiếu hoạt động kinh tế Khi mức sống người dân nâng cao cao, trình độ sản xuất kinh tế ngày đại nhu cầu lượng ngày phát triển theo, việc thỏa mãn yêu cầu thực câu hỏi lớn dành cho hầu hết quốc gia Và Việt Nam không trãnh khỏi vấn đề đó, phát triển kinh tế từ sau cải cách làm gia tăng nhu cầu điện tăng cách nhanh chóng khả cung ứng chưa phát triển kịp thời để đáp ứng nhu cầu Nếu tiếp tục, nguy thiếu điện lượng câu hỏi lớn ngành điện lực Việt Nam doanh nghiệp người dân nước Với giá xăng dầu lên cao, lượng trở thành vấn đề đặt lên hàng đầu cho quốc gia kể nước phát triển Giá xăng dầu lên kéo theo giá lượng khác khí đốt, than… tăng mạnh theo.Thêm vào vấn đề nhiễm mơi trường, than hay dầu khí thải nhiều hóa chất nhiễm, làm nóng trái đất dẫn đến xảy tượng hiệu ứng nhà kính Năng lượng từ dầu khí đẩy mạnh công sản xuất nhân loại hàng trăm năm Nhưng nguồn lượng suy giảm theo ngày khai thác cùa SVTH:Đỗ Việt Nghĩa Việt Nghĩat Nghĩa Page Đồ án 3: Năng lượng tái tạo GVHD: Nguyễn Dáo người, theo ước tính trữ lượng dầu hết thời gian tới Tìm kiếm nguồn lượng nguồn lượng tái tạo với môi trường trở thành nhu cầu, toán cho nhân loại Trong nguồn lượng tái tạo nay, có thủy điện khai thác đáng kể sống Trong nguồn lượng: điện gió, điện mặt trời, trái đất, biomass tiềm phát triển lớn lượng gió lượng mặt trời Đó xem dạng lượng quan trọng tương lai, nguồn lượng sạch, vô tận nguồn lượng thân thiện với môi trường không ảnh hưởng hệ sinh thái b) Quá trình hình thành phát triển lượng gió : Lịch sử phát triển giới loài người chứng kiến ứng dụng lượng gió vào sống từ lâu trước.Gió giúp quay cối xay, gió thổi vào cánh buồm giúp đưa thuyền xa.Theo tài liệu từ người xưa cịn giữ lại thiết kế cối xay hoạt động nhờ vào sức gió vào khoảng thời gian năm 500 - 900 sau CN Ba Tư Đặc điểm bật thiết bị cánh đón gió bố trí xung quanh trục đứng, minh hoạ mơ hình cánh gió đựợc lắp Trung Mỹ vào cuối kỷ 19, mô hình có cấu tạo cánh đón gió quay theo trục đứng giống hình Hình 1.1 Mơ hình cánh gió Trung Mỹ, cuối TK 19 Sau kể từ kỉ thứ 13 , cối xay gió xuất Tây Âu với cấu trúc có cánh đón gió theo phương quay ngang chúng có cấu tạo phức tạp mơ hình thiết kế Ba Tư Cải tiến thiết kế tận dụng đựợc lực nâng khí động học tác dụng vào cánh gió SVTH:Đỗ Việt Nghĩa Việt Nghĩat Nghĩa Page Đồ án 3: Năng lượng tái tạo GVHD: Nguyễn Dáo làm hiệu suất biến đổi lượng gió cối xay gió thời kỳ cao nhiều so với mơ hình thiết kế từ năm 500 - 900 Ba Tư Hình 1.2 Mơ hình cối xay gió xuất sau TK 13 Trong suốt năm đó, thiết kế thiết bị chạy sức gió ngày hoàn thiện sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực ứng dụng: chế tạo máy bơm nước, hệ thống tưới tiêu nông nghiệp, thiết bị xay xát, xẻ gỗ, nhuộm vải… Cho đến đầu kỷ 19, với xuất máy nước, thiết bị chạy sức gió bị thay máy nước Hình 1.3 Chiếc máy bơm nước chạy sức gió, phía Tây nước Mỹ năm 1800 Một số ứng dụng lượng gió thực tế: SVTH:Đỗ Việt Nghĩa Việt Nghĩat Nghĩa Page Đồ án 3: Năng lượng tái tạo GVHD: Nguyễn Dáo Hình 1.4: Thuyền buồm II) Hình 1.5 Cối xay gió Q trình phát triển động gió phát điện : Dựa nguyên lý hoạt động cối xay gió,các nhà khoa học nghiên cứu máy phát điện gió để sản xuất điện dực vào sức gió Trên sở áp dụng thành tựu khoa học công nghệ, cánh gió cối xay gió thiết bị xây dựng chế tạo đặc biệt thành turbine gió Năm 1888 Charles F Brush Tool phát minh cối xay gió lớn mà tạo điện Cleveland, Ohio Nó sản xuất 12 kW điện.Cối xay gió bắt đầu gọi “tuabine gió.” Năm 1900 Tuabine gió điện xuất khắp châu Âu sử dụng để cung cấp lượng nhà nông thôn trang trại Mỹ Năm 1920 Nhà phát minh người Pháp GJM Darrieus phát triển động tuabine trục thẳng đứng, bao gồm mảnh mai, lưỡi cong gắn vào đầu cuối ống thẳng đứng quay Thiết kế thường gọi “eggbeater” theo hình dạng tuabine Năm 1931 Nga xây dựng nhà máy điện thương mại sử dụng tua-bin gió để sản xuất điện Năm 1941 Tuabin gió lớn (1,250 kW) xây dựng Vermont để đáp ứng với tình trạng thiếu hụt lượng Điều cung cấp điện cho người dân địa phương nhiều năm Thế chiến II Năm 1971 Trang trại gió ngồi khơi giới bắt đầu hoạt động khơi bờ biển Đan Mạch Trong suốt thời gian phát triển có nhiều cánh đồng điện gió xây dựng nhằm phục vụ việc cung cấp lượng cho người Có thể kể tên số cánh đồng lượng gió tiêu biểu : HORNS REV II Đan Mạch đưa vào vận hành năm 2009 với công suất SVTH:Đỗ Việt Nghĩa Việt Nghĩat Nghĩa Page Đồ án 3: Năng lượng tái tạo GVHD: Nguyễn Dáo trụ 2,3 MW tổng công suất 209MW WINDPARK THANET khánh thành Anh năm 2010 với tổng công suất 300M Năm 2012 cánh đồng điện gió biển LONDON ARRY khánh thành với tổng cơng suất 630MW hình 1.6 Các trụ cánh đồng điện gió LONNDON ARRY SVTH:Đỗ Việt Nghĩa Việt Nghĩat Nghĩa Page Đồ án 3: Năng lượng tái tạo GVHD: Nguyễn Dáo Hình 1.7 Cối xay gió bên sườn đê biển bảo vệ cho vùng đất trồng trọt hoàn toàn nằm mực nước biển Flevoland, Hà Lan Sự bùng nổ ngành lượng gió giới : Các quốc gia hàng đầu ngành lượng gió : Đức: Là nước dẫn đầu giới phát triển điện gió.Đến cuối năm 2003, tổng cơng suất lắp đặt điện gió nước Đức đạt đến 14.600MW, chiếm nửa toàn Châu Âu, 1/3 tồn giới.Năm 2010, lượng điện gió chiếm 7% tổng lượng điện tồn quốc Nước Đức có quy hoạch dài hạn phát triển điện gió, mục tiêu đến năm 2025 đưa tỷ lệ lên 25%, đến năm 2050 50% tổng lượng nước Hoa Kỳ: Từ kỷ 20 đến nay, Hoa Kỳ trở thành thị trường lớn điện gió.Năm 2007, với công suất lắp đặt 5329 MW, thị trường lượng gió Hoa Kỳ tăng thêm 27% so với toàn cầu.Texazs tiếp tục trở thành trung tâm phát triển dự án lượng gió Hoa Kỳ với dự án lượng gió có cơng suất 45GW triển khai SVTH:Đỗ Việt Nghĩa Việt Nghĩat Nghĩa Page 10