Nội dung thực hiện: Đồ án được chia làm 3 chương với nội dung như sau: CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓCHƯƠNG 2:THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ CÔNG SUẤT THẤP Tra
Tính cấp thiết của đề tài
Trong các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển kinh tế xã hội ở Việt Nam đó chính là hệ thống điện lưới Quốc gia Nó có ý nghĩa rất quan trọng song song với sự phát triển nhanh chóng của các lĩnh vực an ninh, quốc phòng, sản xuất, công nghiệp, du lịch, Nhu cầu về sản xuất và tiêu thụ điện năng tăng lên ngày một rõ rệt Trong những năm gần đây các hoạt động nghiên cứu, ứng dụng năng lượng mới và tái tạo để thiết kế những hệ thống phát điện ở nước ta đang phát triển khá mạnh mẽ và rộng khắp Đặc biệt từ lâu con người đã biết sử dụng năng lượng gió để tạo ra cơ năng thay thế cho sức lao động nặng nhọc, điển hình là các thuyền buồn chạy bằng sức gió, các cối xay gió xuất hiện từ thế kỉ XIV Hơn thế nữa từ vài chục năm gần đây với nguy cơ cạn kiệt dần những nguồn nhiên liệu khai thác được từ lòng đất và vấn đề ô nhiễm môi trường do việc đốt hàng ngày một khối lượng lớn các nguồn nhiên liệu hóa thạch Từ những điều kiện và tình hình thực tế trên việc nghiên cứu, sử dụng các dạng năng lượng tái tạo của thiên nhiên trong đó có năng lượng gió lại được nhiều nước trên thế giới đặc biệt được quan tâm Trên cơ sở áp dụng các thành tựu mới của nhiều ngành khoa học tiên tiến thì việc nghiên cứu sử dụng năng lượng gió đã đạt được những tiến bộ rất lớn cả về chất lượng các thiết bị và quy mô ứng dụng Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của sức gió là để tạo ra hệ thống phát điện Vì vậy đề tài “Xây dựng mô hình hệ thống điện gió” mang tính cấp thiết và có ý nghĩa rất quan trọng điều kiện tình hình kinh tế - xã hội ở Việt Nam hiện nay.
Mục tiêu nghiên cứu
Việc nghiên cứu thực hiên mô hình nhằm mục đích:
-Thiết kế, chế tạo tuabin gió trục đứng nhầm vào việc cung cấp năng lượng sạch cho hộ gia đình.
- Xây dựng và lắp đặt mô hình năng lượng gió gắn lền với thực tế có công xuất 60(w).
Phương pháp nghiên cứu
Để giải quyết được những vấn đề của đề tài đặt ra, sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:
- Nghiên cứu lý thuyết điều tuabine gió từ sách và nguồn tài liệu trên internet. Nắm được ứng dụng của tuabine gió để thiết kế chế tạo tuabine gió công suất nhỏ Nghiên cứu quá trình làm việc của tuabine gió.Trên cơ sở đó xây dựng các yêu cầu cần thiết để thiết kế tuabine gió hoàn chỉnh
- Tổng hợp đánh giá về các nguồn năng lượng mới và tái tạo
- Phân tích tiềm năng về nguồn năng lượng gió ở Việt Nam để đưa ra biện pháp sử dụng một cách hợp lý và hiệu quả nhất
- Xây dựng nghiên cứu cấu trúc tổng quát hệ thống phát điện bằng sức gió
- Tính toán, thiết kế hệ thống phát điện sử dụng năng lượng gió công suất nhỏ ở vùng núi Việt Nam,.
Kế hoạch thực hiện
Bước 1: Tìm hiểu lý thuyết về năng lượng gió
Bước 2: Khảo sát các mô hình có liên quan.
Bước 3: Thu thập các dữ liệu
Bước 4: Tìm hiểu nguyên lí làm việc.
Bước 5: Lên ý tưởng thiết kế.
Bước 6: Thiết kế mô hình.
Bước 7: Thi công, chế tạo mô hình.
Bước 8: Vận hành, thử nghiệm mô hình
Bước 9: Chỉnh sửa và Nghiệm thu mô hình.
5 Nội dung thực hiện: Đồ án được chia làm 3 chương với nội dung như sau:
QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ
GIỚI THIỆU VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ
Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời Sử dụng năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng từ môi trường tự nhiên.
Sự hình thành năng lượng gió:
Bức xạ mặt trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ, và vì thế là khác nhau về áp suất mà không khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi (so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa.
Do bị ảnh hưởng của hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thắng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí di chuyển vào một vùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ Trên Nam bán cầu thì chiều ngược hướng lại.
Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên, gió cũng bị ảnh hưởng địa hình tại từng địa phương Do đất và nước có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất nóng lên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từ biển hay hồ vào đất liền Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước và hiệu ứng này xảy ra theo chiều ngược lại.
Lợi ích khi sử dụng năng lượng gió:
- Một môi trường trong sạch:
Hiện nay nhiên liệu từ hóa thạch chiếm khoảng 67% năng lượng được cung cấp cho toàn cầu, nhưng lại đang làm ô nhiễm môi trường trầm trọng vì khí carbon dioxide mà chúng thải ra, đây là loại khí nhà kính tạo ra những thay đổi khủng khiếp về môi trường và đang dần hủy hoại cuộc sống của chúng ta.
Theo báo cáo của Stern 2007 chỉ ra rằng nếu con người không có hành động nào để chống lại sự thay đổi của khí hậu thì sẽ làm cho GDP của toàn cầu bị mất đi từ 5 đến 20%.
Turbine gió tạo ra năng lượng không tạo ra khí carbon dioxide Theo đánh giá của EWEA (Hiệp hội năng lượng gió châu Âu) tiềm năng điện gió được lắp đặt ở châu Âu đến cuối năm 2007 có tổng công suất là 56,5 GW, sẽ tránh phải thải ra
90 triệu tấn CO2 mỗi năm Con số này tương đương với 45 triệu ô tô đang chạy trên đường. Đến năm 2010, với 80 GW dự kiến được lắp đặt được đưa vào hoạt động, thì lượng CO2 hàng năm không bị thải ra môi trường lên tới 135 triệu tấn Con số này chiếm hơn 35% khí thải nhà kính cần cắt giảm trong cam kết của châu Âu theo những quy định của Nghị định thư Tokyo. Đến năm 2020, điện gió trên biển và trên cạn sẽ được lắp đặt ở châu Âu có tổng công suất là 180 GW Con số này tương đương với 325 triệu tấn CO2 không thải ra môi trường.
Ngoài việc có thể cắt giảm được khí CO2, điện gió cũng tránh được chất thải hóa học độc hại như là thủy ngân và chất gây ô nhiễm môi trường Ô nhiễm môi trường có thể gây ra tác động xấu đến sức khỏe của con người bao gồm các bệnh liên quan đến tim mạch, các bệnh về hô hấp, ung thư,…
Năng lượng gió không có chất phóng xạ hoặc gây ô nhiễm nguồn nước Sử dụng năng lượng điện gió không làm suy kiệt, hay phá hoại nguồn tài nguyên thiên nhiên mà còn đảm bảo tận dụng tốt nguồn tài nguyên từ gió.
- Làm giảm giá điện: Đưa năng lượng gió vào hệ thống điện có thể làm giảm tổng thể giá điện.
Có 2 lý do cơ bản để giải thích: một là tác động liên quan của nó đến nguồn khác, và thứ hai là từ việc điện gió không tạo ra khí CO2. Đầu tiên, turbine gió không tiêu thụ nhiên liệu, chi phí bảo trì không lớn.Điều này có nghĩa là một khi các trang trại gió được xây dựng nó sẽ khiến nền kinh tế đỡ phải chi trả một khoản tiền lớn để mua nhiên liệu mà vẫn có thể khai thác tối đa tiềm năng từ gió.
Thứ hai, vì điện gió không thải ra khí CO2 nên các nhà đầu tư có thể tiết kiệm một khoản tiền trong việc đầu tư các loại máy móc thân thiện với môi trường hay các khoản phí khi thải ra khí CO2 vượt mức cho phép.
- Tạo công ăn việc làm: Điều này đang được chứng minh tại quốc gia có nền công nghiệp phát triển, các nước tiêu thụ phần lớn năng lượng từ điện gió.
Một minh chứng sống động nhất tại châu Âu Dựa trên số liệu thống kê từ Eurostat, việc làm trong lĩnh vực gió sẽ chiếm khoảng 7,3% việc làm trong ngành điện, khí đốt, hơi nước, cấp nước Hiện tại, năng lượng gió cung cấp khoảng 3,7% nhu cầu năng lượng của EU.
Trong tương lai, theo EWEA các dự án của ngành năng lượng gió sẽ chiếm khoảng 184.000 nhân công vào năm 2010 (bao gồm cả nhân công trực tiếp và gián tiếp) và đạt 318.000 vào năm 2020 nếu liên minh châu Âu đạt được mục tiêu là sử dụng 20% nguồn năng lượng tái tạo.
NĂNG LƯỢNG GIÓ Ở VIỆT NAM:
KẾ HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ CÔNG SUẤT THẤP
CẤU TRÚC CHUNG
Hình 2-1: Cấu trúc chung của hệ thống
Do tốc độ của gió luôn luôn thay đổi nên lưới điện sẽ không mang lại đặc tính kỹ thuật cũng như yêu cầu sử dụng, vì tại thời điểm không có gió hoặc có gió bão, cánh quạt tua-bin không quay, nghĩa là máy phát không hoạt động dẫn đến phụ tải mất điện Do đó, hệ thống này chỉ để sử dụng cho tải dân dụng, quy mô nhỏ và nạp ắc quy với chất lượng không cao Hệ thống bao gồm các phần chính:
- Blade : cánh quạt tua-bin, hấp thụ động năng của gió thành cơ năng quay máy phát
- PMSG :Động cơ từ Brushless - Không chổi than
- Converter : bộ chỉnh lưu điốt biến đổi DC – DC cho hệ thống nạp ắcquy
- Battery : ắc-quy lưu điện
- Inverter : bộ nghịch lưu biến đổi DC – AC cung cấp cho tải. Ở đây, việc cấp điện cho thiết bị tiêu thụ là hoàn toàn liên tục khi có sự cố về nguồn cấp điện.
Phân tích sơ đồ như sau:
Gió làm quay cánh quạt, máy phát điện hoạt động năng lượng điện tạo ra lúc này không cung cấp điện trực tiếp cho các thiết bị, mà chúng được biến đổi thành dòng điện một chiều nhờ bộ Converter, điện áp đầu ra của bộ Converter là 12 VDC tương ứng với điện áp của ắc-quy Trong mạch đã thể hiện sự cung cấp điện từ ắc- quy và từ bộ Converter đến bộ inverter để biến đổi thành điện áp đầu ra phù hợp với thiết bị sử dụng
Như vậy, có thể thấy rằng trong bất kỳ sự cố nào về nguồn điện thì hệ thống cũng có thể cung cấp điện cho thiết bị sử dụng mà không có một thời gian trễ nào. Điều này làm cho thời gian máy phát trong trạng thái không hoạt động ngắn, thiết bị sử dụng điện được an toàn, và ổn định.
THIẾT KẾ KỸ THUẬT
Hiện nay có rất nhiều phương pháp thiết kế kỹ thuật trong vấn đề chuyển đổi động năng của gió thành điện năng sử dụng cho các thiết bị sử dụng điện trong các nhà máy hay trong các trang trại, hộ gia đình Tuy nhiên, được sử dụng nhiều nhất vẫn là phương án biến đổi điện năng từ máy phát xoay chiều sang điện áp một chiều rồi chỉnh lưu thành điện áp xoay chiều phù hợp.
2.2.2.Tính toán phụ tải chung của một hộ gia đình
STT Tên thiết bị điện Số lượng Công Xuất (w)
THỬ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
MÔI TRƯỜNG THỬ NGHIỆM
Ngày nay, nhu cầu sử dụng điện năng là rất lớn và đang trong tình trạng thường xuyên bị cắt diện do quá tải Trước một thực tế bức xúc hiện nay là các nhà máy thủy diện và nhiệt diện ở nước ta đang ngày càng chưa dáp ứng nổi nhu cầu và tốc dộ phát triển kinh tế xã hội của dất nước Ðặc biệt là trong các nam gần dây, tình hình thời tiết biến động phức tạp liên tục, nguồn nước ngầm đang bị cạn kiệt, các sông ngòi bị tro dáy vào mùa khô Do dó, để dảm bảo nhu cầu về sử dụng điện năng cung như thực hiện chính sách sử dụng diện tiết kiệm của chính phủ, hệ thống năng lượng gió công suất nhỏ dùng trong hộ gia dình là sự lựa chọn phù hợp với các hộ gia dình, các trang trại cung như các nhà máy, xí nghiệp.
Bộ khử nhiễu dao động
CÁC KỊCH BẢN THỬ NGHIỆM
- Trạm phong điện sử dụng động năng của gió làm quay tua-bin nên phải được ưu tiên đặt ở những nơi có nhiều gió dể hiệu suất hoạt động đượccao nhất.`
- Trạm điện bằng sức gió nên đặt gần nơi tiêu thụ điện, như vậy sẽ tránh đượcchi phí cho việc xây dựng đường dây tải điện.
- Trạm điện bằng sức gió có thể đặt ở những địa điểm và vị trí khác nhau, với những giải pháp rất linh hoạt và phong phú Tuy nhiên nếu có thể ta nên đặt trạm ở những nơi có độ cao tự nhiên nhằm làm giảm chi phí xây dựng trụ đỡ như là những mỏm núi, trên các tòa nhà cao tầng.
- Với những nơi xa nguồn điện lưới quốc gia như các khu vực miền núi, hải dảo, việc truyền tải điện năng luôn là vấn đề khó khăn, tuy nhiên với ứng dụng trạm điện năng lượng gió công suất nhỏ cho các khu vực này là giải pháp mang tính cấp thiết dể dem lại cuộc sống đầy đủ cho người dân.
- Với ưu điểm là chủ động được nguồn điện, nguồn năng lượng tái tạo, không gây ô nhiễm, chất lượng ngang bằng với chất lượng điện lưới quốc gia Nếu xét tới những nguy co hiện nay về sự cạn kiệt của năng lượng hóa thạch và tình trạng ô nhiễm môi trường, cùng với tiềm năng to lớn của điện gió ở Việt Nam, xu hướng sử dụng nguồn năng lượng mới này là tất yếu.
3.2.1 Điện áp khi qua inverter
Lần đo Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 Lần 6 Lần 7 Lần 8 Lần 9 Lần 10 Đầ u vào
Bảng 3.1 Bảng kết quả đo thực tế
- Đầu vào và đầu ra của mạch ổn định.
- Đầu vào và đầu ra của mạch đúng với dự kiến.
3.2.2 Điện áp qua phụ tải
STT Điện áp Dòng điện Công suất
Bảng 3.2 Bảng kết quả đo với đèn 60w 3.2.4 Nhận xét kết quả thực tế
- Mạch chạy ổn định không có hiện tượng sụt áp.
-Tín hiệu xung ngõ ra và tần số đã đạt được kết quả ta mong muốn.
-Trong suốt quá trình hoạt động các linh kiện trong mạch ở nhiệt độ bình thường và không có linh kiện nào có hiện tượng quá nhiệt Như vậy đảm bảo được việc mạch sẽ hoạt động ổn định trong thời gian dài.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Trong quá trình thực hiện đồ án “Nghiên cứu thiết kế hệ thống phát điện bằng sức gió công suất nhỏ “ em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình, hiệu quả của thầy giáo TS.Hà Đắc Bình và các thầy cô giáo trong bộ môn cùng sự giúp đỡ của các bạn đã giúp cho em hoàn thành đồ án.
Trong bản đồ án này em tìm hiểu và giải quyết được những vấn đề sau:
- Tìm hiểu về gió, nguồn năng lượng gió và ứng dụng của chúng trong sản xuất và trong sinh hoạt
- Nghiên cứu cấu trúc chung của hệ thống phát điện năng lượng gió nói chung và hệ thống năng lượng gió sử dụng động cơ một chiều Brushless không chổi than 3 pha
- Thiết kế sơ bộ hệ thống năng lượng gió công suất nhỏ sử dụng động cơ Brushless làm máy phát
Trong thời gian làm đề tài, mặc dù bản thân đã cố gắng nghiên cứu học hỏi nhưng do vốn kiến thức còn hạn hẹp, thời gian thực hiện còn hạn chế nên đồ án không thể tránh khỏinhững thiếu sót Em kính mong nhận được sự góp ý phê bình của các thầy cô bộ môn để đồ án được hoàn thiện hơn