đồ án thiết kế cung cấp nhiệt

Việt Nam là nước có công suất điện gió đứng thứ 59/100 theo xếp loại của WWEA, thể hiện trong bảng sau: Việt NamỞ Việt Nam, tình trạng khó khăn về nguồn than đã được dự báo đã rất cận k

THIẾT KẾ CUNG CẤP NHIỆT

Giáo viên hướng dẫn: Phạm Bá ThảoSinh viên thực hiện :

Đinh Quốc Chương Trần Quang Anh Khôi Lâm Gia Đạt

4) M t số nghiên cứu về tiềm năng gió:ộ 13

5) Tiềm năng gió ở một số vùng của Việt Nam: 15

II) HỆ THỐNG: 20

1) Nguyên lý cấu tạo: 20

2) Nguyên lý hoạt động: 22

3) Các loại máy phát điện: 23

III) CƠ SỞ LÝ THUYẾT: 32

1) Lực dọc trục: 32

2) Thuyết phân bố cánh: 34

3) Dòng tương đối: 36

4) Phân tố cánh: 37

5) Các phương trình động lượng phân tố cánh 39

6) Công suất đầu ra 40

7) Hiệu chỉnh Glauert: 41

IV) Đo gió: 42

V) TÍNH TOÁN NĂNG LƯỢNG ĐIỆN GIÓ 44

1) Tốc độ gió và mối liện hệ công suất 44

2) Diện tích quét của rotor: 46

3) Mật độ không khí 46

4) Tính toán chọn dây dẫn, máy biến áp… cho nhà máy 48

5) Tính toán điện năng: 52

Tốc độ tăng trưởng của điện gió trong năm 2012 trên toàn thế giới là 19,3%, đây là mức tăng thấp nhất trong 10 năm trở lại đây Trong đó, châu Á là khu vựcdẫn đầu về công suất điện gió mới được lắp đặt (chiếm 36,3% toàn thế giới), tiếptheo là Bắc Mỹ (31,3%) và châu u (27,5%), còn lại là các khu vực khác: châu Mỹ Latỉnh (3,9%), Australia (0,8%) và châu Phi (0,2%).

WWEA cũng dự đoán công suất điện gió trên toàn thế giới có thể sẽ đạt 500,000MW vào năm 2016 và đạt ít nhất là 1.000.000MW vào cuối năm 2020.

Tổng công suất lắp đặt điện gió trên thế giới trong giai đoạn 1997-2012(MW)Hiện nay, trên thế giới có 100 nước đang sử dụng điện gió Trong đó, 10 nước đứng đầu về công suất điện gió là: Trung Quốc, Mỹ, Đức, Tây Ban Nha, Ấn Độ, Anh, Italy, Pháp, Canada, Bồ Đào Nha Chỉ riêng 10 nước này đã chiếm

86% công suất điện gió trên toàn thế giới Việt Nam là nước có công suất điện gió đứng thứ 59/100 theo xếp loại của WWEA, thể hiện trong bảng sau:

 Việt Nam

Ở Việt Nam, tình trạng khó khăn về nguồn than đã được dự báo đã rất cận kề (năm 2012 bắt đầu phải nhập khẩu với số lượng lớn để phục vụ các nhà máy nhiệt điện), nguồn dầu mỏ cũng không còn nhiều kể từ năm 2030 trở đi Với những dự án điện hiện có, kể cả nhà máy điện hạt nhân với công suất 4.000MW,thì từ 10 đến 20 năm tới, Việt Nam vẫn thiếu điện Tốc độ tăng trưởng trung bình của sản lượng điện Việt Nam trong 20 năm trở lại đây đạt mức rất cao, khoảng 12-13%/năm, tức là gần gấp đôi tốc độ tăng trưởng GDP của nền kinh

của Việt Nam vào năm 2020 sẽ là khoảng 200.000 G9h, vào năm 2030 là

327.000 GWh Trong khi đó, ngay cả khi huy động tối đa các nguồn điện truyền thống thì sản lượng điện nội địa của chúng ta cũng chỉ đạt mức tương ứng là 165.000) GW (năm 2020) và 208.000 GWh (năm 2003), Điều này có nghĩa là nền kinh tế sẽ bị thiếu hụt điện một cách nghiêm trọng và tỷ lệ thiếu hụt có thể lên tới 20-30% mỗi năm Nếu dự báo này của EVN trở thành hiện thực thì thật làchúng ta phải nhập khẩu điện với giá đắt gấp 2-3 lần so với giả sản xuất trong nước, hoặc là hoạt động sản xuất của nền kinh tế sẽ rơi vào trì trệ Vì thế, Việt Nam cần có chiến lược đảm bảo an ninh năng lượng bằng cách một mặt mở rộngkhai thác những nguồn năng lượng truyền thống mặt khác, thậm chí còn quan trọng hơn, phát triển các nguồn năng lượng mới, đặc biệt là các nguồn năng lượng sạch và tái tạo, điển hình như năng lượng gió.

Các dự án điện gió tại Việt Nam:o Dự án điện gió số 1 Bình Thuận :

Dự án điện gió sổ 1 Bình Thuận do Công ty Cổ phần Tái tạo Năng lượng Việt Nam (REVN) làm chủ đầu tư, xây dựng ở xã Bình Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận Toàn bộ dự án, khi hoàn thành, sẽ có 80 tua-bin với tổng công suất 120MW, sử dụng công nghệ của hãng Furlaender (Đức) Giai đoạn 1 của dự án gồm 20 tua-bin gió, chiều cao cột tháp là 85m, đường kính cánh quạt T7, công suất 1,5MW tuabin, tổng công suất là 80MW Hàng năm dự tính sản xuất khoảng gần 100 triệu kWh điện Hiện nay, nhà máy đã hoàn thành giai đoạn I và chính thức đi vào hoạt động từ ngày 18/4/2012 Tổng mức đầu tư trong giai đoạn này là 1.500 tỷ đồng Đây cũng là nhà máy điện gió nối lưới đầu tiên chính thức đi vào hoạt động ở nước ta Theo kế hoạch, giai đoạn 2 của dự ánchuẩn bị khởi công xây dựng và lắp đặt thêm 60 tua-bin gió, nâng tổng công suấtcủa toàn bộ nhà máy lên 120 MW.

o Dự án điện gió Bạc Liêu :

Dự án điện gió Bạc Liêu là dự án điện gió trên biển đầu tiên ở nước ta được xây dựng Dự án này do Công ty TNHH Xây dựng - Thương mại và Du lịch Công Lý làm chủ đầu tư, xây dựng tại xã Vĩnh Trạch Đông, thành phố Bạc Liêu,tỉnh Bạc Liêu Toàn bộ nhà máy điện gió Bạc Liêu được đặt dọc theo đề biển

Đông, cách bở 200 - 1000 m, kéo dài từ phương Nhà Mát đến ranh giới tỉnh Sóc Trăng và chiến tổng diện tích gần 50 ha mặt biển Các tua-bin gió sử dụng là loạitua-bin trục ngang của hãng General Electric (Mỹ) được làm bằng thép không gỉ,trụ lắp tuabin Cao 9m, gồm 3 cánh quạt với chiều dài mỏi cánh là 42m Hiện nay, nhà máy đã hoàn thành giai đoạn 1 với 10 tua-bin có tổng công suất là 16 MW và chính thức đi vào hoạt động từ ngày 295 2013 Giai đoạn 2 của dự án sẽ xây lắp đặt tiếp 52 tuabin gió còn lại, dự kiến hoàn thành vào cuối năm 2014 Sau khi hoàn thành, nhà máy điện gió Bạc Liêu sẽ có tổng số 62 tua-bin với tổngcông suất trên 99 MW và điện năng sản xuất ra khoảng 320 triệu kWh/năm với tổng mức đầu tư là 5.200 tỷ đồng.

o Dự đa phong điệu Phú Quý:

Dự án phong điện Phú Quý do Công ty TNHH MTV Năng lượng tái tạo Điệnlực Dầu khí Việt Nam làm chủ đầu tư, có tổng vốn đầu tư là 335 tỷ đồng, được xây dựng tại 2 xã Long Hải và Ngũ Phụng, huyện đảo Phú Quỷ, tỉnh Bình

Thuận Nhà máy phang điện Phá Quý có công suất 6MW, gồm 3 tua-bin gió trụcngang với công suất mỗi tua-bin là 2MW Các tua-bin gió sử dụng của hãng Vests, Dan Mạch, chiều cao tuổi trụ tháp tua-bin là 60m2, gồm 3 cánh quạt, tải cánh dài 37m để hửng giá, đường kính khi quạt quay là 75m Đây là dự án chungđiện đầu tiên của Việt Nam sử dụng mô hình vận hành hỗn hợp Gió – Diesel, được khởi công xây dựng vào cuối năm 2010 và khánh thành vào ngày

24/1/2013 Nhà giy khi đi vào hoạt động sẽ cung cấp bình quân hàng năm khoảng 25,4 triệu wh.

2) Nhu cầu điện năng ở Việt Nam:

Tốc độ tăng trưởng trung bình của sản lượng điện ở Việt Nam trong 20 nămtrở lại đây đạt mức rất cao, khoảng 12-13%/năm – tức là gần gấp đôi tốc độ tăng trưởng GDP của nền kinh tế Chiến lược công nghiệp hóa và duy trì tốc độ tăng trưởng cao để thực hiện „dân giàu, nước mạnh“ và tránh nguy cơ tụt hậu sẽ còn tiếp tục đặt lên vai ngành điện nhiều trọng trách và thách thức to lớn trong những thập niên tới Để hoàn thành được những trọng trách này, ngành điện phải có khả năng dự báo nhu cầu về điện năng của nền kinh tế, trên cơ sở đó hoạch định và phát triển năng lực cung ứng của mình.

Việc ước lượng nhu cầu về điện không hề đơn giản, bởi vì nhu cầu về điệnlà nhu cầu dẫn xuất Chẳng hạn như nhu cầu về điện sinh hoạt tăng cao trongmùa hè là do các hộ gia đình có nhu cầu điều hòa không khí, đá và nước mát.Tương tự như vậy, các công ty sản xuất cần điện là do điện có thể được kếthợp với các yếu tố đầu vào khác (như lao động, nguyên vật liệu v.v.) để sảnxuất ra các sản phẩm cuối cùng Nói cách khác, chúng ta không thể ước lượngnhu cầu về điện một cách trực tiếp mà phải thực hiện một cách gián tiếp thông

lượt nó, lại phụ thuộc vào nhiều biến số kinh tế và xã hội khác Bảng dưới đâycung cấp dữ liệu lịch sử của một số biến số ảnh hưởng tới nhu cầu về điện ởViệt Nam trong những năm qua.

Một cách khác để nhìn vào khía cạnh cầu về điện năng là phân tách tổng cầu về điện theo các ngành kinh tế (Hình 1) Ta thấy số liệu ở Bảng 1 và Hình 1 tương thích với nhau Nhu cầu về điện năng trong công nghiệp và sinh hoạt/ hành chính chiếmtỷtrọng chủ yếu trong tổng nhu cầu.

Năm 2005, điện phục vụ tiêu dùng và công nghiệp chiếm tỷ trọng rất lớn, lần lượt là 43,81% và 45,91%, trong khi 11% còn lại dành cho nông nghiệp và các nhu cầu khác Nhu cầu điện của khu vực công nghiệp tăng cao là hệ quả trực tiếp của chủ trương công

nghiệp hóa, hiện đại hóa nền kinh tế, mà một biểu hiện của nó là tốc độ tăngtrưởng giá trị SXCN trung bình trong hơn 10 năm qua đạt mức khá cao là10,5% Còn ở khu vực tiêu dùng, cùng với mức tăng dân số, tốc độ đô thị hóakhá cao, và gia tăng thu nhập của người dân, nhu cầu về điện tiêu dùng cũngtăng với tốc độ rất cao Kết quả là nhu cầu về điện của toàn nền kinh tế tăngtrung bình gần 13%/năm, và tốc độ tăng của mấy năm trở lại đây thậm chí còncao hơn mức trung bình Theo dự báo, tốc độ tăng chóng mặt này sẽ còn tiếptục được duy trì trong nhiều năm tới Đây thực sự là một thách thức to lớn,buộc ngành điện phải phát triển vượt bậc để có thể đáp ứng được nhu cầu pháttriển kinh tế của đất nước.

Bây giờ hãy thử kết hợp những dự báo về nhu cầu điện năng của nền kinh tếvới năng lực cung ứng của ngành điện Nếu tốc độ phát triển nhu cầu về điệntiếp tục duy trì ở mức rất cao 14-15%/năm như mấy năm trở lại đây thì đếnnăm 2010 cầu về điện sẽ đạt mức 90.000 GWh, gấp đôi mức cầu của năm2005 Theo dự báo của Tổng Công ty Điện lực Việt Nam, nếu tốc độ tăngtrưởng GDP trung bình tiếp tục được duy trì ở mức 7,1%/năm thì nhu cầu điệnsản xuất của Việt Nam vào năm 2020 sẽ là khoảng 200.000 GWh, vào năm2030 là 327.000 GWh Trong khi đó, ngay cả khi huy động tối đa các nguồnđiện truyền thống thì sản lượng điện nội địa của chúng ta cũng chỉ đạt mứctương ứng là 165.000 GWh (năm 2020) và 208.000 GWh (năm 2030) Điềunày có nghĩa là nền kinh tế sẽ bị thiếu hụt điện một cách nghiêm trọng, và tỷ lệthiếu hụt có thể lên tới 20-30% mỗi năm Nếu dự báo này của Tổng Công tyĐiện lực trở thành hiện thực thì hoặc là chúng ta phải nhập khẩu điện với giáđắt gấp 2-3 lần so với giá sản xuất trong nước, hoặc là hoạt động sản xuất củanền kinh tế sẽ rơi vào đình trệ, còn đời sống của người dân sẽ bị ảnh hưởngnghiêm trọng.

Không phải đợi đến năm 2010 hay 2020, ngay trong thời điểm hiện tạichúng ta cũng đã được “nếm mùi” thiếu điện Năm 2005, lần đầu tiên saunhiều năm trở lại đây, người dân ở hai trung tâm chính trị và kinh tế của đấtnước chịu cảnh cắt điện luôn phiên gây nhiều khó khăn cho sinh hoạt và ảnhhưởng tiêu cực đến đời sống kinh tế

3) Tiềm năng

+ Gió lý thuyết

Theo bản Báo cáo tóm tắt của Quy hoạch phát triển điện gió toàn quốc đến năm 2020, có xét đến năm 2030 [14], tiềm năng gió lý thuyết được xét theo tỉnh,là khu vực có vận tốc gió trung bình năm từ 6,0ms trở lên, ở độ cao 80m so với mặt đất Theo tính toán, tiềm năng gió lý thuyết của Việt Nam phân bố trên 16 tỉnh từ Hà Tĩnh đến Sóc Trăng với tổng diện tích là 5.339 km (Bảng 4) Trong sốđó, tiềm năng gió tập trung ở khu vực các tỉnh duyên hải Nam Trung Bộ (Bình Thuận, Ninh Thuận), khu vực Tây Nguyên (Gia Lai, Đăk Lăk) Trong các khu vực có tiềm năng gió, vận tốc trung bình năm phổ biến nằm trong khoảng 6,5-7,0m/s chiếm khoảng 67% diện tích, vận tốc gió trung bình năm lớn hơn 7,0m/s

chiếm khoảng 21% diện tích, phần lớn là khu vực núi cao thuộc Tây Nguyên và dải Trường Sơn Tổng công suất điện gió tiềm năng lý thuyết có thể lắp đặt trên địa bàn Việt Nam ước khoảng 21.356MW, Lượng công suất này được ước tính dựa trên tổng diện tích khu vực có tiềm năng gió lý thuyết và giả thiết rằng mật độ bố trí công suất tua-bin gió là IMW/25ha.

+ Gió kĩ thuật

Khu vực có tiềm năng gió kỹ thuật của Việt Nam được xác định dựa trên Atlas gió là khu vực có vận tốc gió trung bình năm trên 6,0s, có địa hình bằng phẳng hoặc có độ dốc nhỏ, có khả năng tiếp cận và khả năng đấu nối với lưới điện quốc gia.

Tổng diện tích khu vực có tiềm năng gió kỹ thuật của Việt Nam vào khoảng 1.932 km, phân bố trên 13 tỉnh (Băng 5) Tuy nhiên, tập trung chủ yếu tại các tỉnh Bình Thuận, Ninh Thuận, Gia Lai, Đăk Lăk Tổng công suất điện gió nối lưới về mặt kỹ thuật có thể lắp đặt trên địa bàn Việt Nam ước khoảng 1.728MW.Lượng công suất này được ước tính dựa trên tổng diện tích khu vực có tiềm nănggió lý thuyết và giả thiết rằng mật độ bố trí công suất tua-bin gió là IMW/25ha.

Với tiềm năng phong phú nêu trên, Việt Nam có khả năng khai thác năng lượng gió để sản xuất điện với qui mô công nghiệp tại một số địa bàn thuộc duyên hải miền Trung, Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và đồng bằng sông Cửu Long Tuy nhiên, do đặc thù về địa hình, cơ sở hạ tầng và chính sách vĩ mô, bên cạnh việc sử dụng các thiết bị điện gió cỡ nhỏ phát điện độc lập (không nối lưới), trước mắt đến năm 2020, Việt Nam có thể ưu tiên phát triển điện gió nối lưới tại các khu vực Nam Trung Bộ, duyên hải miền Trung và đồng bằng sông Cửu Long Tổng công suất lắp đặt điện gió đạt 1.000MW với sản lượng điện tương ứng là 2.190 GWh (bằng 0,75% điện thương phẩm toàn quốc năm 2020) Các khu vực có tiềm năng còn lại, dự kiến sẽ được tiếp tục khai thác trong giai đoạn 2021 - 2030 với mức công suất tích lũy dự kiến của điện gió đạt 7.700MW (mức tăng trưởng bình quân 22,7%/năm) với sản lượng điện tương ứng là 16,863GWh (bằng 2,74% điện thương phẩm toàn quốc năm 2030) [14].

4) Một số nghiên cứu về tiềm năng gió:

Thực hiện so sánh giữa 2 Atlas gió năm 2001 và năm 2010, có thể nhận thấy về mặt định tính, cả 2 atlas đều khá giống nhau về tiềm năng gió tương đối vượt trội một số khu vực như khu vực duyên hải các tỉnh phía nam và Nam Trung Bộ,đặc biệt là 02 tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận, các tỉnh khu vực Tây Nguyên như Gia Lai, Đăk Lăk Tuy nhiên, về mặt định lượng, kết quả chênh lệch rất lớn Số liệu diện tích khu vực có tiềm năng trong atlas năm 2010 chỉ bằng khoảng 4,2% số liệu đã công bố ở atlas năm 2001, đó là chưa kể đến sự chênh lệch về độ cao làm kết quả có thể thêm khác biệt (độ cao của nghiên cứu cũ là 65m và nghiên cứu mới là 80m).

Để thực sự khai thác hết tiềm năng năng lượng gió, ngày nay người ta không chỉ xây dựng các trang trại gió trên đất liền mà có khuynh hướng tiến ra biển Trên đất liền, vận tốc gió trung bình khoảng 2 - 3ms, trong khi ngoài khơi, vận

hình là Đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước, mã số KC.09.1906-10: “Nghiên cứu đánh giátiềm năng các nguồn năng lượng biển chủ yếu và đề xuất các giải pháp khai thác” do Viện Cơ học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam thực hiện từ năm 2006 2010 Trong phạm vi của đề tài này đã xây dựng được tập bản đồ năng lượng gió cho khu vực Biển Đông và biển Việt Nam (Hình4) dựa trên mô hình Nghiên cứu và dự báo khí tượng (Weather Reseach and Forecast - WRF) với dữ liệu về tốc độ được khai thác từ các nguồn: số liệu đo gió của các trạm khí tượng ven biển và hải đảo; số liệu gió của đề tài tổ chức đo đạc; số liệu quan trắc gió tử vệ tinh của Hoa Kỳ và Nhật Bản, nguồn số liệu từ đầu ra của mô hình WRF (đây là nguồn số liệu chính để xây dựng atlas), với đầuvào là số liệu tái phân tích của Trung tâm Quốc gia Nghiên cứu khí quyển của Hoa Kỳ (NCAR) sau khi được bổ sung, hiệu chỉnh và so sánh với các nguồn số liệu quan trắc đã nêu.

Đề tài đã đánh giá tiềm năng gió dựa vào bản đồ phân bố mật độ năng lượng gió ở độ cao cần khai thác năng lượng Trên bản đồ phân bố tiềm năng gió ở độ

cao 80m cho thấy trên Biển Đông, vùng kéo dài dọc theo hướng đông bắc • tây nam từ eo biển Đài Loan tới vùng biển khu vực Đông Nam Bộ nước ta có tiềm năng năng lượng khá cao đạt 300 - 600 W/m Trong đó khu vực ven biển cực Nam Trung Bộ là một trung tâm có mật độ năng lượng 400 - 600W/m? Ngoài ra trên khu vực vịnh Bắc Bộ cũng hình thành một trung tâm có mật độ năng lượng đạt 300 - 400 W/m.

5) Tiềm năng gió ở một số vùng của Việt Nam:

Vùng châu thổ sông mêkông đến thành phố HCM gió ở đây rất tốt ( tốc độ

7-7.5 m/s), khu vực này có điều kiện phát triển nguồn năng lượng điện gió vì nógần TP HCM có nhu cầu tiêu thụ điện rất lớn.

Trên các dãy núi phía nam của khu vựa duyên hải Miền Trung có gió rấtnhiều.Ở vùng tây nguyên rộng lớn có tốc độ gió từ 7-7.5m/s, và vùng biên giớiCampuchia Khu vực nằm giữa Pleiku và Buôn Ma Thuột có tốc độ gió lên đến7m/s.

Khu vực miền biển phía Nam của vùng duyên hải Miền Trung trên cácđỉnh núi có độ cao 1600 đến 2000m thì có lượng gió nhiều và tốc độ gió cao từ8.5 – 9.5 m/s Các đỉnh núi ở phía tây củaQui Nhơn và Tuy Hòa với độ cao từ1000 – 1200 có tốc độ gió cũng tương đối lớn từ 8 – 8.5 m/s … Như vậy cácvùng ven biển có lợi thế rất lớn về nguồn năng lượng gió và có thể lắp đặt cácloại tuabin có công suất lớn.

Khu vực phía Bắc vùng duyên hải miền trung có dãy Trường Sơn chạy dàitheo biên giới Việt Nam và Lào có những nơi cao tới 1800m và có tốc độ giótương đối lớn 8.5 – 9.5 m/s khu vực phái Bắc của tỉnh Thừa Thiên Huế rất thíchhợp đặt những tuabin nhỏ ở độ cao 30m và có tốc độ gió nơi đó là 5 – 6 m/s

Khu vực phía Bắc Việt Nam khu vực lân cận Hải Phòng thì gió khá tốtvận tốc có thể đạt được 7m/s Ở trên đỉnh núi biên giới Việt Nam - Lào đếnvùng núi tây nam thành phố Vinh có gió rất tốt tốc độ từ 8 – 9m/s Ở biên giớiphía Bắc với Trung Quốc và ở phía Bắc Đông Bắc của Hải Phòng tốc độ gió cóthể đạt tới 7 – 8m/s.

Vậy với điều kiện khí hậu và lượng gió, mật độ gió, tốc độ gió như trênViệt Nam có nhiều điều kiện xây dựng nhà máy điện gió ở những vùng có

lượng gió tương đối tốt và phát triển để đáp ứng nhu cầu điện cho quốc gia Đặc điểm chế độ gió:

Việt Nam nằm trong khu vực gió mùa Đông Nam Á Trong năm có hai mùa gió khác nhau về bản chất và có hướng thịnh hành trái chiều nhau Vào thời kỳ lạnh các khối không khí có nguồn gốc tại Siberi tràn xuống phía Nam, khi xâm nhập vào lãnh thổ nước ta gây ra gió mùa Đông Bắc với hướng gió thịnh hành bắc - đông bắc Vào thời kỳ nóng, những khối không khí có nguồn gốc xích đạo từ phương nam thổi lên gây ra gió mùa Tây Nam với hướng gió thịnh hành là tâynam ở Nam Bộ và Nam Trung Bộ, sau khi vòng qua biển thổi tới Bắc Bộ và BắcTrung Bộ gió lệch sang hướng đông nam Căn cứ vào tần suất xâm nhập của hai hệ thống hoàn lưu này vào các thời gian trong năm, có thể phân chia ra gió mùa đông hay gió mùa Đông Bắc (từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau), gió mùa hạ hay gió mùa Tây Nam (từ tháng 5 đến tháng 9).

Với cơ chế hoàn lưu vừa nêu, trên Biển Đông nói chung, ven biển và hải đảo Việt Nam nói riêng đã hình thành một chế độ gió có phân hóa mùa khá rõ rệt.Sự phân hóa đó trước hết được biểu hiện qua sự thay đổi của hướng gió thịnh hành Trên Biển Đông tuy với hai hướng chủ đạo của gió mùa là Đông Bắc về mùa đông và Tây Nam về mùa hè song hướng gió thịnh hành thực tế trên các khu vựccòn có ảnh hưởng của địa hình và các hoàn lưu địa phương Trên khu vực vịnh Bắc Bộ hướng gió đông bắc và đông chiếm ưu thế tuyệt đối, các hướng gió nam và tây nam chỉ chiếm một phần nhỏ Vào đên ven biển Trung Bộ hướng gió thịnh hành hàng năm chịu ảnh hưởng rất mạnh của địa hình dải bỏ chạy theo hướng tây bắc -đồng nam rồi chuyển dần qua hướng bắc - nam Ở Nam Bộ hướng gió thịnh hành là tây nam với gió mùa Tây Nam hoạt động vào mùa hạ Hưởng gió thịnh hành trên các hòn đảo cũng tương tự như trên biển thể hiện quahình sau:

Các đảo ở khu vực Bắc Bộ có hướng gió thịnh hành là đông bắc vì ở đây gió mùa Đông Bắc chiếm ưu thế như các đảo Cô Tô, Bạch Long Vĩ, Các đảo ở Trung Bộ có hướng tây bắc - đông nam hoặc bắc - nam như các đảo Hòn Ngư (Nghệ An), Cồn Cỏ (Quảng Trị), Lý Sơn (Quảng Ngãi) Tới Phú Quý (Bình Thuận) chế độ gió đây thịnh hành với hai hưởng là đông bắc và tây nam Ra khỏi ảnh hưởng của địa hình vùng bờ Trung Bộ, gió trên các đảo của vùng biển phía Nam có dạng chung của cơ chế gió mùa Tuy nhiên những ảnh hưởng của địa hình khu vực cũng làm cho chúng khác nhau đáng kể Ở Côn Đảo (Bà Rịa -

Vũng Tàu) vẫn chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc nên có hướng chính là đông bắc Đảo Phú Quốc (Kiên Giang) nằm xa về phía tây nam khuất sau đồng bằng Nam Bộ so với hướng gió đông bắc và do các núi che chắn ở trên đảo nên hướng gió phân tán.

Bảng tốc độ gió tầng thấp

Vị trí địa điểm dự kiến và tiềm năng gió:

Nhà máy phong điện được xây dựng trên địa điểm đồi núi tại bán đảoPhương Mai ( TP Quy Nhơn) với tổng công suất dự kiến là 50.4MW , gồm 28tổ máy mỗi năm sản xuất khoản 150-170 triệu KWh Việc xây dựng nhà máyphong điện có ý nghĩa quan trọng trong việc tăng sản lượng điện cho lưới điệnquốc gia và góp phần cảnh quan du lịch mới trên vùng biển Quy Nhơn.

Tại vị trí trên nhà máy phong điện được đặt gần hệ thống giao thông,cảng và các khu công nghiệp trong vùng Địa điểm trên nằm ngay trong vùngcó hướng gió lý tưởng Trước mặt là biển sau lưng là toàn bộ Đầm Thị Nại và

Theo bản đồ phân bố các cấp tốc độ gió của tổ chức Khí tượng thế giới(1981) và bản đồ phân bố các cấp tốc độ gió của khu vực Đông Nam Á, do tổchức True Wind Solutions LLC (Mỹ) lập theo yêu cầu của Ngân hàng Thế giới,xuất bản năm 2001, cho thấy: Khu vực ven biển từ Bình Định đến Bình Thuận,

Tây Nguyên, dãy Trường Sơn phía Bắc Trung Bộ, nhiều nơi có tốc độ gió đạttừ 7.0; 8.0 và 9.0 m/giây, có thể phát điện với công suất lớn (nối lưới điện quốcgia), hầu hết ven biển còn lại trên lãnh thổ, một số nơi, vùng núi trong đất liền tốc độ gió đạt từ 5.0 đến 6.0 m/giây, có thể khai thác gió kết hợp đi-ê-den để tạonguồn điện độc lập cung cấp cho hải đảo, vùng sâu, vùng xa Theo bản đồ thế giới, bản đồ của True Wind Solutions, kết quả đo và tínhtốc độ gió tại Bình Định là 7,0 m/giây Nếu dùng tua-bin phù họp tốc độ gió tạiBình Định - NM 82/1500 và dùng công thức Betz để tính tổng điện năng năm:

Nếu dùng 1.400 tua-bin NM 82/1500, tổng điện này sẽ đạt được: 8.219triệu kWh, so với điện năng của nhà máy thủy điện sản xuất là 8.169 triệu kWhthì hai tổng điện năng này xấp xỉ nhau.

Với độ cao lý tưởng của các đồi núi tại bán đảo Phương Mai có tốc độ giótương đối tốt tốc độ trung bình đạt từ 8 –9m/s với tố độ gió trên phù hợp vớicác loại tuabin vừa và nhỏ Với các điều kiện trên đầu tháng 9/2006 dến nay dựán đã được triển khai bước đầu như : tiến hành dò mìn , thăm dò địa chất, san ủimặt bằng, làm đường bộ xây dựng móng tháp, xây dựng nhà điều hành muathiết bị … Dự kiến sau năm 2007 sẽ tiếp tục hoành thành và phát điện các tổmáy

Sức gió ở khu vực Bình Định có đảm bảo cho các nhà máy phong điện hoạt động liên tục

Kết quả khảo sát cho thấy Bình Định là một trong những tỉnh có tiềm năng pháttriển năng lượng gió lớn nhất cả nước và đã được đưa vào quy hoạch phát triển phong điện Thông thường, chỉ cần sức gió 3m/s là các tuabin đã vận hành phát điện; trong khi đó ở nhiều vùng tại Bình Định với độ cao 40m đã có sức gió trung bình 6,2m/s Hiện nay, hai dự án phong điện đang triển khai ở Bình Định đều có tuabin cao 80m, sức gió sẽ cao hơn nhiều nên luôn đảm bảo để vận hànhphát điện Riêng mỗi khi có bão thì phải ngừng vận hành

II) HỆ THỐNG:

1) Nguyên lý cấu tạo:

- Cảmbiến đotốc độgió

(Anemometer): Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ điểu

- Cánh quạt (Blades): Gió thổi qua các cánh quạt và là nguyên nhân làm cho các

cánh quạt chuyển động và quay.

- Bộ hãm, phanh (Brake): Dùng để dừng rô to trong tình trạng khẩn cấp bằng

điện, bằng sức nước hoặc bằng động cơ.

- Bộ điều khiển (Controller): Bộ điều khiển sẽ khởi động động cơ ở tốc độ gió

khoảng 8 đến 14 dặm/giờ tương ứng với 12 km/h đến 22 km/h và tắt động cơkhoảng 65 dặm/giờ tương đương với 104 km/h bởi vì các máy phát này có thểphát nóng.

- Hộp số (Gear box): Bánh răng được nối với trục có tốc độ thấp với trục có tốc

độ cao và tăng tốc độ quay từ 30 đến 60 vòng/ phút lên 1200 đến 1500 vòng/phút, tốc độ quay là yêu cầu của hầu hết các máy phát điện sản xuất ra điện.

- Máy phát (Generator): Phát ra điện

- Trục tốc độ cao (High – speed shaft): Trục truyền động của máy phát ở tốc độ

cao

- Trục tốc độ thấp (Low – speed shaft): Trục quay tốc độ thấp.

- Vỏ (Nacelle): Bao gồm rô to và vỏ bọc ngoài, toàn bộ được đặt trên đỉnh trụ và

bao gồm các phần: hộp số, trục tốc độ cao, trục tốc độ thấp, máy phát, bộ điềukhiển, và phanh Vỏ bọc ngoài dùng bảo vệ các thành phần bên trong vỏ Một sốvỏ phải đủ rộng để một kỹ thuật viên có thể đứng bên trong trong khi làm việc.

- Bước răng (Pitch): Cánh được xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho rô to

quay trong gió không quá cao hay quá thấp để tạo ra điện.

- Phần quay (Rotor): Bao gồm các cánh quạt và trục.

- Cột đỡ (Tower): Trụ đỡ Nacelle Được làm bằng thép hình trụ hoặc thanh dằn

bằng thép Bởi vì tốc độ gió tăng lên nếu trụ càng cao, trụ đỡ cao hơn để thu đượcnăng lượng gió nhiều hơn và phát ra điện nhiều hơn.

- Cảm biến đo hướng gió (Wind vane): Để xử lý hướng gió và liên lạc với “yaw

drive” để định hướng tua bin gió.

- Khối xoay tua bin (Yaw drive): Dùng để giữ cho rô to luôn luôn hướng về

hướng gió chính khi có sự thay đổi hướng gió.

- Động cơ hộp số (Yaw motor): Động cơ cung cấp cho “yaw drive” định đưoowjc

hướng gió.

2)Nguyên lý hoạt động:

Các tuabin gió hoạt động theo một nguyên lý năng lượng của gió làm cho 3 cánh quạt quay quanh 1 rotor Mà rotor được nối với trục chính và trục chính sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát để tạo ra điện.

Các tuabin gió được đặt trên trụ cao để thu hầu hết năng lượng gió Ở tốc độ 30 mét trên mặt đất thì các tuabin gió thuận lợi: Tốc độ nhanh hơn và ít bị các luồng gió bất thường.

Các tuabin gió có thể sử dụng cung cấp điện cho nhà cửa hoặc xây dựng, chúng có thể nối tới một mạng điện để phân phối mạng điện ra rộng hơn.

3) Các loại máy phát điện:

Về cơ bản, một tua bin gió có thể được trang bị với bất kỳ loại máy phát điện ba pha Ngày nay, để cho dòng điện tương thích với lưới điện có thể được đáp ứng bằng cách kết nối bộ chuyển đổi tần số, ngay cả khi máy phát điện cung cấp dòng điện xoay chiều (AC) của tần số biến đổi hoặc dòng điện một chiều (DC) Khái quát một số máy phát điện có thể được sử dụng trong tua-bin gió:

 Máy phát điện không đồng bộ (cảm ứng): +Máy phát điện cảm ứng lồng sóc (SCIG);

+ Máy phát điện cảm ứng rotor dây quấn (WRIG): máy phát điện cảm ứng OptiSlip (OSIG) (tuabin gió hạn chế biến đổi tốc độ bằng sự thay đổi điện trở rotor máy phát điện),

+ Máy phát điện cảm ứng (DFIG).

 Máy phát điện đồng bộ:

+ máy phát điện rotor dây quấn (WRSG); + máy phát điện nam châm vĩnh cửu (PMSG). Các loại tiềm năng khác:

+ Máy phát điện cao áp (HVG);

+ Máy phát điện chuyển đổi từ hóa(SRG); + Máy phát điện ngang dòng (TFG).

  Trong phần này, chúng tôi sẽ tóm tắt các đặc tính chủ yếu của các loại máy phát điện chung Để phân tích chi tiết các loại máy phát điện, xem các tài liệu tiêu chuẩn về lĩnh vực này (Heier, năm 1998; Krause, Wasynczuk và Sudhoff,2002).

3.1) Máy phát điện không đồng bộ (cảm ứng)

( Asynchronous induction generator )

   Các máy phát điện phổ biến nhất được sử dụng trong các tua-bin gió là máy phát điện cảm ứng Nó có nhiều ưu điểm, chẳng hạn như độ chắc chắn và tính cơ khí đơn giản, và nó được sản xuất hàng loạt, vì thế nó cũng có một mức giá thấp Nhược điểm chính là stator của nó cần dòng từ hóa phan kháng Các máy phát điện không đồng bộ không có nam châm vĩnh cửu và không được kích thích độc lập Vì vậy, nó đã nhận được dòng kích thích từ một nguồn khác và tiêu thụ công suất phản kháng Công suất phản kháng có thể được cung cấp bởi lưới điện hoặc bằng một hệ thống điện điện tử Từ trường của máy phát điện được thành lập chỉ khi nó được kết nối với lưới điện.

  Trong trường hợp dòng kích thích xoay chiều, từ trường quay ở một tốc độ được xác định do số lượng cực trong các cuộn dây và tần số dòng điện, tốc độ đồng bộ Vì vậy, nếu cánh quạt quay với tốc độ vượt quá tốc độ đồng bộ, một điện trường được cảm ứng giữa rotor và chuyển động tương đối của stator (trượt), gây ra một dòng điện trong cuộn dây rotor Sự tương tác từ trường liên

kết của rotor với stator tạo mô-men tác động lên rotor.

  Các rotor của một máy phát điện cảm ứng có thể được thiết kế như là ngắn mạch (rotor lồng sóc) hoặc như là rotor cuộn cảm ứng.

3.1.1) Máy phát điện cảm ứng lồng sóc ( Squirrel cage induction generator )

   Cho đến nay, các SCIG có được sự lựa chọn phổ biến vì tính đơn giản cơ học, hiệu quả sử dụng cao và các yêu cầu bảo trì thấp (cho một danh sách liên quan đến SCIGs, LH Hansen và cộng sự, 2001.).

 Như minh họa trong hình3.1, SCIG của loại cấu hình A là ướng lưới điện kép SCIG tốc độ thay đổi chỉ vài % vì dộ trượt máy phát điện gây ra bởi những thay đổi trong tốc độ gió Vì vậy, máy phát điện này được sử dụng cho các tuabin gió tốc độ không đổi (loại A) Các máy phát điện và các cánh quạt tua-bin gió được kếthợp thông qua hộp số, vì các rotor tối ưu và phạm vi tốc độ máy phát điện khác nhau.

Tuabin gió dựa trên một SCIG thường được trang bị với một cơ chế khởi động mềm

và một hệ thống cho đền bù công suất phản kháng, như SCIGs tiêu thụ công suất phản kháng SCIGs có một đặc tính tốc độ mô-men xoắn dốc và do đó sự biến động của năng lượng gió được truyền đi trực tiếp vào lưới điện Những quá độ này là đặc biệt quan trọng trong kết nối mạng lưới các tua-bin gió, nơi dòng điện có thểtăng lên đến 7-8 lần dòng định mức Trong một mạng lưới yếu, trong dòng tăng cao có thể gây ra rối loạn điện áp nghiêm trọng Vì vậy, các kết nối của các SCIG lưới điện được thực hiện từng bước để hạn chế dòng này

Trong quá trình hoạt động bình thường và kết nối trực tiếp với một mạng điện AC ổn định, SCIG là rất mạnh mẽ và ổn định Độ trược thay đổi và tăng nếu tải

đặt trong mối quan hệ với thực tế là hầu hết các tiện ích phân phối điện phạt khách hàng công nghiệp có tải với các yếu tố điện năng thấp Rõ ràng, thế hệ một số máy phát điện công suất thấp có thể không được phép sử dụng ở đây Hệ số công suất quá thấp được bù đắp bằng cách nối các tụ điện song song với máy phát điện Trong SCIGs có một mối quan hệ duy nhất giữa công suất tác dụng, công suất phản kháng, thiết bị đầu cuối điện áp và tốc độ rotor Điều này có nghĩa rằng khi gió lớn, tua-bin gió có thể tạo ra nhiều công suất tác dụng chỉ khi máy phát điện thu hút nhiều công suất phản kháng hơn Đối với một SCIG, số lượng công suất phản kháng tiêu thụ là không thể kiểm soát được bởi vì nó thay đổi theo hướng điều kiện gió Nếu không có bất kỳ thành phần điện nào cung cấp công suất phản kháng, công suất phản kháng cho máy phát điện phải được lấy trực tiếp từ lưới điện Công suất phản kháng cung cấp bởi lưới điện gây ra tăng tổn thất truyền tải và trong những tình huống nhất định, có thể làm cho lưới điện không ổn định Bộ tụ điện hoặc bộ chuyển đổi điện tử hiện đại có thể được sử dụng để giảm tiêu thụ công suất phản kháng Những bất lợi chính là sự qus độ điện áp xảy ra trong quá trình chuyển đổi trong.

Trong trường hợp lỗi, SCIGs mà không có bất kỳ hệ thống đền bù công suất phản kháng có thể dẫn đến tình trạng mất ổn định điện áp trên lưới điện (Van Custem và Vournas, 1998) Các rotor tua-bin gió có thể tăng tốc độ (độ trược tăng), ví dụ, khi một lỗi xảy ra, tạo ra sự mất cân đối giữa các mô-men xoắn cơ họcvà điện áp Vì vậy, khi lỗi được xóa bỏ, SCIGs rút ra một số lượng lớn công suất phản kháng từ lưới điện, dẫn đến làm giảm hơn nữa trong điện áp SCIGs có thể được sử dụng trong cả hai tuabin gió tốc độ cố định (loại A) và trong các tua-bin gió tốc độ thay đổi đầy đủ (loại D) Trong trường hợp thứ hai,bộ chuyển đổi tần số điện của động cơ được chuyển đổi sang tần số cố định bằng cách sử dụng một côngcụ chuyển đổi năng lượng đầy tải hai chiều.

3.1.2 Máy phát điện cảm ứng rotor dây quấn: ( Wound rotor induction generator )

  Trong trường hợp aWRIG, các đặc tính điện của rotor có thể được điều khiển

từ bên ngoài, và do đó điện áp rotor có thể được đưa vào Các cuộn dây của dây quấn rotor được kết nối bên ngoài thông qua các vòng trượt và chổi than hoặc bằngthiết bị điện điện tử, mà có thể có hoặc không có yêu cầu các vòng trượt và chổi than Bằng cách sử dụng thiết bị điện tử điện, năng lượng có thể được lấy ra hoặc đưa vào dòng ngắn mạch rotor và máy phát điện có thể được từ hóa từ dòng ngắn mạch rotor hoặc dòng ngắn mạch stator Điều đó cũng có thể xảy ra nhờ phục hồi năng lượng trượt từ dòng ngắn mạch rotor và nạp vào từ đầu ra của stator Những bất lợi của WRIG là nó đắt tiền hơn và không phải là mạnh mẽ như SCIG Các ngành công nghiệp tuabin gió sử dụng phổ biến nhất là các cấu hình WRIG sau đây: (1) máy phát điện cảm ứng OptiSlip_ (OSIG), được sử dụng trong các khái niệm loại B và (2) loại máy phát điện hai lần cảm ứng (DFIG) , được sử dụng trongcấu hình Loại C.

OptiSlip cảm ứng máy phát điện

Các tính năng OptiSlip_ đã được giới thiệu bởi các nhà sản xuất Đan Mạch Vestas để giảm thiểu tải trên các tuabin gió trong những cơn gió giật Các tính năng OptiSlip_ cho phép máy phát điện có sự thay đổi độ trược (phạm vi hẹp) và lựa chọn độ trược tối ưu, kết quả là những biến động nhỏ hơn trong kiểm soát mô-men xoắn và công suất đầu ra Thay đổi độ trược là một cách rất đơn giản, đáng tincậy và chi phí hiệu quả để đạt được giảm tải so với các giải pháp phức tạp hơn nhưtua-bin gió có tốc độ thay đổi bằng cách sử dụng chuyển đổi tỉ lệ đầy đủ.

  OSIGs là WRIGs với một sự thay đổi điện trở ngoài rotor gắn liền với cuộn dây rotor Độ trượt của máy phát điện được thay đổi bằng cách thay đổi tổng trở rotor bằng phương tiện của một công cụ chuyển đổi, được gắn trên trục cánh quạt Bộ chuyển đổi này là bộ điều khiển quang học,điều đó có nghĩa rằng không có vòng trượt là cần thiết Stato của máy phát điện được kết nối trực tiếp vào lưới điện Những lợi thế của loại máy phát điện này là cấu trúc liên kết mạch điện đơn giản, không cần các vòng trược và hoạt động một phạm vi tốc độ được cải thiện so với