BÀI TẬP GIỮA KÌ SỐ 3 MÔN HỌC LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH ĐỀ TÀI CÔNG NGHỆ PHÙ HỢP ĐỂ XÓA RÀO CẢN ĐỂ MỞ RỘNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TẠI ASIA

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG THƯƠNG TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÀI TẬP GIỮA KÌ SỐ: 3

MÔN HỌC: LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH

MỞ RỘNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TẠI ASIA

GVHD:TS.Bùi Minh Dương

Nhóm 2: Nguyễn Hữu Thọ-2002210238 Nguyễn Trung Hiếu-2002210259

Lê Thạch Anh Tài-2002210206 Phan Quốc Hùng-2002210158 Hồ Đình Nhật-2002210173

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 4 NĂM 2024

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian làm bài nhóm em đã hoàn thành bài tiểu luận Nhóm em xin chân thành cảm ơn:Cảm ơn Trường đại học công thương TP.HCM đã tạo điều kiện tốt nhất cho em học tập và hoàn thành bài tiểu luận.Sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của thầy TS Bùi Minh Dương, giảng viên bộ môn Lưới điện thông minh Thầy đã nhiệt tình giảng giải phân tích cho chúng em hiểu rõ về những thắt mắt của em trong quá trình làm và những giờ học trên lớp.Cảm ơn khoa: Khoa công nghệ điện – điện tử và thầy cô trong khoa đã đưa ra những đề tài tiểu luận hay để nhóm chúng em hoàn thành bài tiểu luận để hoàn thành bài tiểu luận giữa kì.Mặt dù cố gắng nhưng thời lượng môn học và trình độ có hạn, nên trong quá trình làm tiểu luận không thể tránh những thiếu xót Rất mong được sự góp ý, nhận xét, đánh giá về nội dung cũng như hình thức trình bày của thầy và các bạn để bài tiểu luận của nhóm em được hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Nhóm2

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

Nguyễn Hữu Thọ Tìm hiểu nội dung chương I,II và soạn Word

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

CHƯƠNG 2: TUABIN GIÓ TRỤC NGANG(HAWT) 3

2.1.TUABIN GIÓ TRỤC NGANG LÀ GÌ? 3

2.2.CẤU TẠO TUABIN GIÓ TRỤC NGANG 3

2.3.TUABIN GIÓ TRỤC NGANG HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO? 5

2.4.ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA TUABIN TRỤC NGANG 7

2.5.NHỮNG HỎNG HÓC TUABIN GIÓ TRỤC NGANG HAY GẶP PHẢI 7

CHƯƠNG 3: TUABIN GIÓ TRỤC ĐỨNG (VAWT) 9

3.1.TUABIN GIÓ TRỤC ĐỨNG LÀ GÌ? 9

3.2.CẤU TẠO TUABIN GIÓ TRỤC ĐỨNG 10

3.3.TUABIN ĐIỆN GIÓ TRỤC ĐỨNG HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO? 11

3.4.ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA TUABIN ĐIỆN GIÓ TRỤC ĐỨNG 13

3.5.NHỮNG HỎNG HÓC TUA BIN GIÓ TRỤC ĐỨNG HAY GẶP PHẢI 14

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 16

HÌNH ẢNH

HÌNH 2.1TUABIN GIÓ TRỤC NGANGLÀ LOẠI TUA BIN PHỔ BIẾN 3

HÌNH2.2CẤU TẠO TUABIN GIÓ TRỤC NGANG 5

HÌNH2.3:HOẠT ĐỘNG CỦA TUABIN 6

HÌNH 2.5NHỮNG HỎNG HÓC TUABIN GIÓ TRỤC NGANG HAY GẶP PHẢI 8

HÌNH3.1:TUABIN GIÓ TRỤC ĐỨNG LÀ MỘT THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 10

HÌNH 3.2:CẤU TẠO TUABIN GIÓ TRỤC ĐỨNG 11

HÌNH 3.3:TUABIN GIÓ SỬ DỤNG LỰC CẢN HOẶC LỰC NÂNG CỦA GIÓ 13

Trang 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

Châu Á là khu vực tiêu thụ năng lượng lớn nhất thế giới kể từ những năm 1990 vì nhiều lý do, bao gồm dân số ngày càng tăng với mức sống được cải thiện, đô thị hóa mở rộng và nền kinh tế đang phát triển Châu Á tiêu thụ 6.688,6 triệu tấn dầu tương đương (MTOE) vào năm 2018, chiếm 48,3% tổng mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu trong năm đó, tương đương với 13864,9 MTOE (BP 2019) và lục địa này được dự đoán sẽ duy trì trạng thái này ít nhất là trong tương lai gần Xu hướng này sẽ khiến an ninh năng lượng trở thành mối quan tâm lớn đối với tất cả các nền kinh tế châu Á, đặc biệt là các nền kinh tế lớn và các nền kinh tế lớn, tất cả đều phụ thuộc nhiều vào năng lượng hóa thạch cho phần lớn nhu cầu năng lượng của họ

Ngoài những cân nhắc khác, bao gồm gánh nặng tài chính và tác động tiêu cực đến sức khỏe, tiêu thụ dầu, khí đốt và than đá ngày càng tăng của châu Á đã tạo ra các vấn đề môi trường lớn, đang gia tăng do mức tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng Đặc biệt, sự nóng lên toàn cầu, chủ yếu do CO2 được tạo ra từ việc đốt năng lượng hóa thạch, là một thách thức lớn trên toàn cầu, nhưng đặc biệt là ở châu Á, nơi đã trải qua sự cạn kiệt nhanh chóng nguồn nước ngọt, hạn hán thường xuyên và trên diện rộng, mất mùa, cháy rừng và mực nước biển dâng cao, trong số các tác động khác, theo báo cáo của Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu, và các tổ chức môi trường khác có liên quan

Trang 2

Nhìn chung, các nước châu Á đã nhận ra bản chất không bền vững của hỗn hợp năng lượng thống trị nhiên liệu hóa thạch của họ, và do đó đã tìm cách đa dạng hóa chúng bằng cách bổ sung năng lượng tái tạo Mặc dù có một số tiến bộ trong vấn đề này, tuy nhiên, thay đổi từ quốc gia châu Á này sang quốc gia châu Á khác, tỷ lệ năng lượng như vậy trong hỗn hợp năng lượng lục địa vẫn còn quá nhỏ, 18,5% bằng 1.238,8 MTOE vào năm 2018 (BP 2019), để ngăn chặn lượng khí thải nhà kính (GHG) hiện tượng của châu Á chiếm 53% lượng khí thải toàn cầu vào năm 2018 (Ritchie và Roser 2019) và giúp đảo ngược sự nóng lên toàn cầu Cần chỉ ra rằng phần nhỏ này bao gồm các loại không phát thải, và do đó sạch về môi trường (chủ yếu là năng lượng mặt trời, gió, địa nhiệt và thủy điện) và năng lượng tái tạo không sạch Do đó, năng lượng tái tạo không bằng năng lượng sạch về mặt môi trường, vì một số loại tạo ra khí nhà kính khi được sử dụng (ví dụ: sinh khối như gỗ và than củi) và / hoặc trong giai đoạn sản xuất của chúng (ví dụ: nhiên liệu sinh học)

Trang 3

CHƯƠNG 2: TUABIN GIÓ TRỤC NGANG(HAWT) 2.1.Tuabin gió trục ngang là gì?

Tuabin gió trục ngang là loại tuabin phổ biến và có thiết kế giống như cánh quạt Loại tuabin này được thiết lập trên cao như các tháp lớn để tận dụng tốc độ gió lớn Mặc dù cách này mang lại hiệu quả tốt nhưng lại gây khó khăn trong quá trình sửa chữa Tua bin gió trục ngang thường được thấy nhiều gần các khu vực đô thị và tạo khoảng 100kW năng lượng để đáp ứng mục đích sử dụng hàng ngày của người dân

Hình 2.1 Tuabin gió trục ngang là loại tua bin phổ biến

2.2 Cấu tạo tuabin gió trục ngang

Trang 4

Cấu tạo của tuabin gió trục ngang được ví như một máy phát điện sử dụng sức gió bao gồm có 2 phần chính là Hub trung tâm và hệ thống truyền động trực tiếp của tuabin gió:

Hub được xem là tâm của các rotor gồm có tua bin gió trục ngang có hộp số thì Hub sẽ được kết nối với trục hộp số quay chậm để có thể chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng để quay Và phần tiếp theo là tuabin gió có bộ truyền động trực tiếp để truyền năng lượng gió trực tiếp đến máy phát vòng

Đối với hệ thống truyền động trực tiếp của tuabin gió trục ngang sẽ bao gồm:

Rotor – Đây là thành phần đi cùng với cánh quạt để tạo ra những chuyển đổi năng

lượng để tạo ra điện năng Thường trên thị trường sẽ có loại tuabin gió sử dụng rotor 3 trục ngang có hình dạng giống như cánh máy bay Bộ phận này sử dụng theo nguyên tắc nâng, tức là khi gió đi qua bên dưới cánh quạt làm cho không khí tạo ra áp dụng cao Phần phía trên cánh quạt sẽ tạo ra một lực kép để rotor quay

Cánh quạt – có chức năng lấy gió để thực hiện việc chuyển đổi từ động năng thành

chuyển động quay của HUb theo nguyên tắc nâng bên trên của rotor Thông thường số lượng cánh quạt phụ thuộc vào từng phần của tuabin trục ngang cụ thể là 2 hoặc 3 cánh Hộp số tuabin đóng vai trò quan trọng bởi những chuyển động quay từ rotor được kết nối với máy phát điện đều được thông qua hộp số để thực hiện việc chuyển đổi tốc độ quay 30 – 60 vòng/phút đủ khả năng sinh năng lượng điện

Máy phát điện là bộ phận có trách nhiệm chuyển đổi năng lượng cơ học trở thành năng lượng điện Thông thường các tuabin có năng suất lớn thường sử dụng những loại máy phát điện không đồng bộ cấp nguồn kép

Trạn kiểm soát điện của tuabin gió trục ngang có 2 phần chính là chế độ dừng tức là khi gió quá mạnh thì tuabin sẽ hạn chế tự động phát điện Còn với thành phần thứ 2 là chế độ kiểm soát cường độ là mỗi cánh quạt có thể bật/tắt, mỗi chế độ kiểm soát cường

Trang 5

độ sẽ được cấu tạo khác nhau với từng hệ thống có công suất dưới 100kW đối với cơ khí, từ 300kW với thuỷ lực và trên 500kW là thuỷ lực hoặc điện

2.3 Tuabin gió trục ngang hoạt động như thế nào?

Tua bin gió trục ngang về cơ bản là sử dụng năng lượng gió để tạo ra điện năng theo nguyên lý đơn giản Năng lượng của gió sẽ tác động làm cho cánh quạt quay quanh rotor được nối với trục chính Và trục chính lúc này sẽ truyền động để làm quay trục quay của máy phát bên trong tạo ra điện

Trang 6

Hình2.3:Hoạt động của tuabin

Thông thường tuabin gió được đặt trên các trụ đỡ có chiều cao lớn, thông thoáng để có nhiều năng lượng gió nhất Ở độ cao hơn 30m thì các tuabin có thể đón gió một cách thuận lợi cho tốc độ quay cánh quạt nhanh và đều hơn

Hiện nay theo đánh giá thì dãy công suất tuabin gió trục ngang lớn được sử dụng phổ biến để cấp điện cho nhà dân, các công trình xây dựng và hệ thống lưới điện,…

Trang 7

2.4 Ưu điểm và nhược điểm của tuabin trục ngang

Hệ thống tua bin gió trục ngang có những ưu điểm và nhược điểm như:

Ưu điểm:

Mang đến nguồn năng lượng sạch mà không hề gây ô nhiễm không khí như những nhà máy nhiệt điện khác

Việc khai thác gió vô tận vậy nên không cần phải lo lắng đến vấn đề cạn kiệt tài nguyên

Năng lượng gió có thể xuất hiện ở bất cứ đâu nên việc tận dụng khá phong phú và không nhất thiết phải ở một địa điểm nào cụ thể

Chi phí vận hành không quá cao và ngày càng được cải thiện nên mức giá hiện nay thấp hơn nhiều so với trước đây

Nhược điểm:

Tua bin gió trục ngang cạnh tranh với các nguồn điện khác bởi chi phí xây dựng còn khá tốn kém

Gió là nguồn năng lượng có thể dao động mạnh – yếu tùy vào điều kiện thiên nhiên Và các loại điện từ năng lượng mặt trời hay năng lượng gió đều phụ thuộc lớn vào vị trí lắp đặt

Các tuabin gió trục ngang có thể gây ra những tiếng ồn cho những khu vực xung quanh

2.5 Những hỏng hóc tuabin gió trục ngang hay gặp phải

Trong quá trình hoạt động, tuabin trục ngang có thể gặp một số những hỏng hóc không thể tránh khỏi như:

Trang 8

Cánh quạt gió bị gãy hoặc bị hỏng do nhiều những nguyên nhân như gió mạnh, sự mài mòn bởi thời gian cũng như ảnh hưởng khí hậu, môi trường

Hỏng do hệ thống trục và vòng bi bị trục trục do thiếu dầu bôi trơn hoặc do kỹ thuật cần được khắc phục

Hệ thống điều khiển cũng là một trong những bộ phận dễ hỏng hóc như mất kết nối, lỗi cảm biến hoặc trong hệ thống điều khiển

Hình 2.5 Những hỏng hóc tuabin gió trục ngang hay gặp phải

Trang 9

CHƯƠNG 3: TUABIN GIÓ TRỤC ĐỨNG (VAWT) 3.1 Tuabin gió trục đứng là gì?

Tuabin gió trục đứng là một thiết bị năng lượng tái tạo với trục quay của cánh quạt

gió được đặt thẳng đứng Trục này liên kết với các thành phần quan trọng như hộp số, máy phát điện, … và đặt gần mặt đất Thiết kế này mang lại nhiều ưu điểm trong quá trình xây dựng và lắp đặt so với tuabin gió trục ngang, không yêu cầu việc nâng cao các thành phần nặng nề lên độ cao, giúp giảm trọng lượng trên cao và tăng khả năng cân bằng cơ học

Turbine gió trục đứng cũng chiếm ít diện tích hơn so với tuabin gió trục ngang, cho phép bố trí nhiều tuabin gió trục đứng trên cùng một khu vực Đồng thời, việc giảm thiểu thất thoát năng lượng của gió khi đi qua tuabin giúp tăng hiệu suất tổng thể của trang trại điện gió, thêm vào đó, có thể tăng hiệu suất từ 5-10% so với tuabin gió trục ngang Nó cũng mang lại sự ổn định và an toàn cao hơn, giảm nguy cơ lật đối với các tuabin gió nổi ngoài khơi

Trang 10

hình3.1: Tuabin gió trục đứng là một thiết bị năng lượng tái tạo

3.2 Cấu tạo tuabin gió trục đứng

Tuabin gió trục đứng có một cấu trúc đặc biệt để tối ưu hóa việc thu thập năng

lượng gió:

Trục quay thẳng đứng: Đây là thành phần chính của tuabin gió trục đứng Trục này thường được đặt thẳng đứng và chạy theo hướng chiều dọc của cột gió

Cánh quạt: Các cánh quạt của turbine gió trục dọc được thiết kế để chuyển động qua gió, tạo ra lực nâng hoặc lực cản tùy thuộc vào nguyên tắc hoạt động của tuabin Cánh quạt có thể có hình dạng khác nhau, như cánh cung (kiểu Darrieus) hoặc hình dạng vòng cung (kiểu Savonius)

Trụ: Trụ hoặc khung chịu lực chính là nơi cài đặt và hỗ trợ trục quay thẳng đứng cùng với cánh quạt Trụ cũng giữ cho tuabin gió ổn định và nâng cao từ mặt đất để tận dụng tốt hơn luồng gió

Trang 11

Hộp số và máy phát điện: Nếu tuabin gió được thiết kế để tạo ra điện, thì nó sẽ có hộp số để tăng tốc độ quay và máy phát điện để chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện năng

Cơ cấu kết nối: Cơ cấu này liên kết trục quay với các bộ phận quan trọng khác, đảm bảo sự truyền động hiệu quả từ chuyển động của cánh quạt đến hệ thống máy phát điện

hình 3.2:Cấu tạo tuabin gió trục đứng

3.3 Tuabin điện gió trục đứng hoạt động như thế nào?

Nguyên tắc hoạt động của tuabin gió trục đứng dựa chủ yếu vào nguyên lý cơ bản là sử dụng lực cản hoặc lực nâng của gió Có hai loại tuabin gió phổ biến hiện nay thực hiện hai nguyên lý này là tuabin gió kiểu Savonius và kiểu Darrieus

Trang 12

Tuabin gió kiểu Savonius có thiết kế đơn giản, thường bao gồm hai hoặc nhiều gầu bán trụ Được đặt dọc theo trục quay thẳng đứng, tuabin này sử dụng lực cản của gió để quay trục và kết nối với các thiết bị phát điện

Ngược lại, tuabin gió kiểu Darrieus có trục quay thẳng đứng và cánh quạt gió có hình dạng cánh cung Các cánh quạt được gắn vào đầu và cuối của trục, và sự chuyển động của chúng ngược hướng với gió tạo ra một lực khí động học tác động lên trục, đẩy cánh quạt quay

Trang 13

Hình 3.3: Tuabin gió sử dụng lực cản hoặc lực nâng của gió

3.4 Ưu điểm và nhược điểm của tuabin điện gió trục đứng

Dưới đây là một số ưu và nhược điểm của thiết kế tuabin gió trục đứng mà bạn cần tìm hiểu để hiểu hơn về thiết bị này:

Ưu điểm:

• Khả năng tận dụng không gian hiệu quả: Tua bin gio truc dung chiếm diện tích nhỏ hơn so với mô hình trục ngang, cho phép bố trí nhiều tuabin trên một khu vực, tối ưu hóa sử dụng không gian

• Ổn định và an toàn hơn: trục đứng giúp tăng ổn định và giảm nguy cơ lật, đặc biệt quan trọng khi sử dụng ở các vị trí ngoài khơi biển

Trang 14

• Khả năng tận dụng đa hướng gió: tuabin gió trục đứng có thể hoạt động hiệu quả trong điều kiện gió biến đổi và có khả năng tận dụng gió đến từ nhiều hướng khác nhau

• Tiếng ồn thấp: mô hình này thường có tiếng ồn thấp hơn so với mô hình trục ngang, điều này làm giảm ảnh hưởng âm thanh đến môi trường xung quanh • Cơ cấu lắp đặt đơn giản: quá trình lắp đặt và bảo trì tuabin gió trục đứng thường

đơn giản hơn do không yêu cầu cấu trúc chống gió phức tạp

Nhược điểm:

• Chế độ hoạt động phụ thuộc nhiều vào hướng gió: tuabin gió trục đứng phải đối mặt với hiệu ứng vùng chết, nơi gió không tác động đủ mạnh để quay cánh quạt

• Giá thanh toán cao hơn: việc sản xuất và lắp đặt tuabin gió trục đứng có thể đòi hỏi chi phí ban đầu cao hơn so với mô hình trục ngang

3.5 Những hỏng hóc tua bin gió trục đứng hay gặp phải

Tua bin gió trục đứng có thể gặp phải một số vấn đề và hỏng hóc sau một thời gian sử dụng Dưới đây là một số vấn đề phổ biến mà tua bin gió trục đứng có thể đối mặt:

• Hỏng hóc cánh quạt: Các cánh quạt gió có thể bị hỏng hoặc gãy do nhiều nguyên nhân, bao gồm lực đập từ gió mạnh, sự mài mòn do thời gian và ảnh hưởng của môi trường

• Hỏng hóc hệ thống trục và vòng bi: Các thành phần như trục và vòng bi có thể trục trặc do mài mòn, thiếu dầu bôi trơn hoặc hỏng hóc kỹ thuật

• Lỗi hộp số: Hộp số chịu áp lực lớn và có thể gặp vấn đề như rò rỉ dầu, mất dầu bôi trơn, hoặc hỏng hóc cơ học