Báo cáo năng lượng gió (7)

NGÔ THỊ THƯƠNG THƯƠNG :20114162 ĐẶT VẤN ĐỀ Nhân loại đang sống trong thế kỷ thứ 21- kỷ nguyên của sự phát triển vượt bậc về khoa học công nghệ và ứng dụng các thành quả công nghệ mới. Đồng hành cùng sự phát triển này là sự tiêu tốn các nguồn năng lượng không tái tạo là dầu mỏ, than đá, điện năng. Bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ đó nhân loại cũng đang phải đối mặt với nhiều nguy cơ do sự phát triển đó mang lại như hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm môi trường, thiên tai, địch hoạ.Theo ước tính của Liên Hợp Quốc thì trong vòng một trăm năm qua nhân loại đã sử dụng khoảng 30% tổng trữ lượng dầu mỏ mà thế giới có được và dự báo trong vòng 30 năm tiếp theo thì nhu cầu này sẽ tăng lên gấp ba(số liệu tính đến tháng 5 năm 2008), tuy nhiên đối với mỗi quốc gia và vùng lãnh thổ thì nhu cầu về năng lượng là không thể không có và nó là điều kiện tiên quyết cho sự phát triển của bản thân quốc gia đó, đặc biệt là đối với các quốc gia đang phát triển. Vì thế, ý thức về việc sử dụng năng lượng hợp lý, tiết kiệm đã dần trở thành nhu cầu ở mỗi quốc gia và đòi hỏi các quốc gia phải có những biện pháp tích cực để sử dụng năng lượng được hợp lý nhất? Để có thể làm được việc này, thì bên cạnh việc sử dụng và quản lý nhu cầu năng lượng hợp lý thì việc nghiên cứu, phát triển, ứng dụng và sử dụng các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng gió, năng lượng Mặt Trời.là vô cùng bức thiết bởi sự dồi dào, sẵn có và đặc biệt là không gây ô nhiễm môi trường của các nguồn năng lượng này. Ngày nay các cơ quan chức năng ,các nhà khoa học đang khuyến khích con người sử dụng những năng lượng sạch , và năng lượng gió là ví dụ điển hình , đặc biệt trong công nghệ sản xuất điện.Ưu điểm dễ thấy nhất của điện bằng sức gió là không tốn nhiên liệu , không gây ô nhiễm môi trường như các nhà nhiệt điện ,dễ chọn đia điểm và tiết kiệm đất xây dựng , khác hẳn với các nhà máy thủy điện chỉ có thể xây dựng gần dòng nước mạnh với những điều kiện đặc biệt và cần diện tích lớn cho hồ chứa nước Bài tiểu luận dưới đây nhằm giới thiệu về “hệ thống biến đổi của máy phát điện sức gió của nam châm vĩnh cửu” để mọi người thấy nguyên lý hoạt động , cấu tạo cũng như lợi ích của năng lượng gió trong việc sản xuất điện 1 NGÔ THỊ THƯƠNG THƯƠNG :20114162 Bức xạ mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất không đồng đều làm cho nước và bầu không khí nóng lên không đều nhau dẫn tới sự chênh lệch về áp suấy làm cho không khí dịch chuyển tạo thành gió Do bị ảnh hưởng hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục của trái đất nên không khí đi từ vùng cao đến vùnh thấp không chuyển động mà tạo thành các cơn gió có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu Trục quay của Trái Đất nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo do nó tạo thành khi quay quanh Mặt Trời tạo thành các dòng không khí theo mùa Gió địa phương như gió biển ban ngày thổi từ biển vào đất liền ban đêm gió thổi ngược lại 2 NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH GIÓ NGÔ THỊ THƯƠNG THƯƠNG :20114162 I. Tổng quan về năng lượng gió 1. Khái niệm 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. 2. Sự hình thành năng lượng gió 3 NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH GIÓ Do bị ảnh hưởng bởi 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 thẳng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu. Trục quay của Trái Đất nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo do nó tạo thành khi quay quanh Mặt Trời tạo thành các dòng không khí theo mùa. Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho nước và bầu khí quyển nóng lên không đều nhau, dẫn tới sự chênh lệch về áp suất làm cho không khí dịch chuyển tạo thành gió. VD mặt ban ngày của Trái Đất nhận được nhiều ánh sáng mặt trời hơn mặt ban đêm và cường độ bức xạ ở xích đạo lớn hơn ở 2 cực Gió địa phương. VD gió biển: ban ngày gió thổi từ biển vào đất liền, ban đêm gió thổi theo chiều ngược lại. NGÔ THỊ THƯƠNG THƯƠNG :20114162 4 NGÔ THỊ THƯƠNG THƯƠNG :20114162 3. Vật lý học về năng lượng gió Năng lượng gió là động năng của không khí chuyển động với vận tốc v. Khối lượng đi qua một mặt phẳng hình tròn vuông góc với chiều gió trong thời gian t là: ρ: tỷ trọng của không khí V: là thể tích khối lương không khí đi qua mặt cắt ngang hình tròn diện tích A, bán kinh r trong thời gian t. Vì thế động năng E và công suất P của gió là: Ta thấy công suất gió tăng theo lũy thừa 3 của vận tốc gió nên vận tốc gió là một trong những yếu tố quyết định khả năng sử dụng năng lượng gió. Công suất gió có thể được sử dụng thông qua một turbines để phát điện, nhỏ hơn rất nhiều so với năng lượng của luồng gió vì vận tốc của gió ở phía sau một turbines không thể giảm xuống bằng không. Trên lý thuyết chỉ có thể lấy tối đa là 59,3% năng lượng tồn tại trong luồng gió. 4. Ưu, nhược điểm của năng lượng gió Ưu điểm Nhược điểm - Là một nguồn tài nguyên tái tạo hoàn toàn, sạch và không gây ô nhiễm môi trường. - Nguồn nguyên liệu miễn phí, không tốn nhiên liệu. - Chi phí vận hành thấp. - Vốn đầu tư ban đầu lớn, chi phí lắp ráp và chi phí bảo trì cao. - Phải có trình độ kỹ thuật cao khi thiết kế và vận hành. - Phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết. - Ô nhiễm tiếng ồn. 5 NGÔ THỊ THƯƠNG THƯƠNG :20114162 - Hiệu suất cao. - Lợi nhuận cao, giá thành thấp. - Tốn ít diện tích xây dựng, không ảnh hưởng nhiều đến trồng trọt và chăn nuôi. - Có thể lắp turbines gió ở nhiều địa hình khác nhau nên tiết kiệm được chi phí truyền tải. - Hầu như vô cùng bền vững. - Turbines quay ảnh hưởng đến tầm quan sát xa và nhiễu sóng vô tuyến. => Ngoài ra còn 1 số ảnh hưởng khác nhưng các ảnh hưởng này đều không đáng kể. 5. Ứng dụng của năng lượng gió Từ lâu năng lượng gió đã được con người biết đến và sử dụng để tạo thành cơ năng thay thế cho sức lao động nặng nhọc của con người. Thế kỷ XIV, năng lượng gió đã được sử dụng để tạo công cơ học nhờ các cối xay gió, làm di chuyển thuyền buồm và khinh khí cầu. Cùng với sự phát triển của Khoa học kỹ thuật hiện đại và nhu cầu năng lượng, đặc biệt là năng lượng sạch, năng lượng gió được chú trọng trong nghiên cứu phát triển và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Cối xay gió Thuyền buồm Khinh khí cầu Năng lượng gió được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như kinh tế, du lịch, chính trị như xe chạy bằng năng lượng gió tiết kiệm nhiên liệu, các turbines gió cho các động cơ máy bay phản lực dùng trong chiến tranh, các cánh đồng gió mang lại cảnh quan đẹp thu hút khách du lịch, Đặc biệt, động cơ gió còn có ứng dụng quan trọng trong bơm nước và công nghệ phát điện. 6 NGÔ THỊ THƯƠNG THƯƠNG :20114162 Năng lượng gió có rất nhiều ứng dụng 5.1. Ứng dụng động cơ gió bơm nước Động cơ gió bơm nước có hai loại máy bơm nước hỗ trợ là máy bơm qua lại truyền thống và hệ thống máy bơm khí nén. Máy bơm qua lại truyền thống có cối xay gió nằm trực tiếp trên nguồn nước. Bơm nước bằng guồng đạp nước truyền thống có chi phí rẻ nhưng hiệu suất thấp hoặc bằng bơm piston hoặc bơm màng để hiệu suất cao hơn. Hệ thống bơm khí nén được sử dụng phổ biến hơn vì chi phí thấp. Đây là loại máy bơm dựa vào hoạt động của cối xay gió để nén khí kích hoạt máy bơm nằm trong nước. Nước được bơm cho đến khi van nổi lên để đóng mở cửa, đồng thời khí nén hất nước ra cửa bơm và đẩy lên máng. Động cơ bơm nước 7 NGÔ THỊ THƯƠNG THƯƠNG :20114162 5.2. Ứng dụng động cơ gió phát điện Đây là ứng dụng quan trọng nhất của động cơ gió. Dựa trên nguyên tắc hoạt động của cối xay gió, người ta nghiên cứu máy phát điện gió để sản xuất điện năng. Trên cơ sở áp dụng những thành tựu mới của khoa học công nghệ, các cánh gió của cối xay gió cũng như các thiết bị xây dựng được chế tạo đặc biệt hơn thành turbines gió. Hệ thống phát điện gió Chương hai: Turbines gió 1. Phân loại - Turbines gió trục ngang (cánh dạng khí động). - Turbines gió trục đứng: dạng cánh phẳng trục đứng,dạng roto cánh tròn trục đứng. trục đứng Darrieus. 8 NGÔ THỊ THƯƠNG THƯƠNG :20114162 Nội dung Turbines gió cánh dạng khí động (được sử dụng rộng rãi nhất) Turbines gió cánh phẳng trục đứng Cấu tạo cánh gió Có dạng khí động học, cho hiệu suất sử dụng rất cao, sử dụng cho động cơ gió phát điện. - Cánh gió phẳng. - Hai bên trục là hai phần cánh gió. Hoạt động của bánh công tác gió - Trục cánh gió trùng với hướng gió => R với lực thành phần Y tạo momen quay. - Khi bánh công tác gió quay, trên mỗi phân tố của cánh đều có dòng khí chảy vào. - Tam giác vận tốc và lực tác dụng lên cánh làm nó quay. Tại mỗi thời điểm chỉ một phần cánh gió chuyển động trùng hướng gió, phần kia xu hướng chuyển động ngược hướng gió. => chế tạo thêm tấm chắn thích hợp để làm giảm lực cản. Phân loại - Loại ít cánh (quay nhanh) với số cánh từ 1 đến 4. - Loại nhiều cánh (quay chậm) với số cánh tới 24. Hệ số sử dụng 0,3 – 0,42 0,1 – 0,18 Nhược điểm - Chi phí sản xuất khá cao. - Chỉ đón gió một hướng. - V cánh ≤ V gió - Bề mặt chiếm chỗ của bánh công tác gió gần như bị che phủ hoàn toàn. Nội dung Turbines gió roto cánh tròn trục đứng Turbines gió trục đứng Darrieus (đang được nghiên cứu ứng dụng) 9 NGÔ THỊ THƯƠNG THƯƠNG :20114162 Cấu tạo cánh gió Được cấu tạo bởi hai nửa hình trụ (như một thùng phuy bổ đôi) gộp so le với nhau và quay quanh trục thẳng đứng. - Hai cánh dạng thẳng và cong. - Cánh có biến dạng khí động học. Ưu điểm Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo Kết cấu gọn nhẹ nên có hiệu suất khá cao ~ 35% Nhược điểm - Tốc độ chậm (độ cao tốc Z = 0,9 – 1,0) - Tỷ trọng lớn. - Momen khởi động của động cơ lớn nhưng hiệu suất thấp – chỉ bằng 18%. - Sản xuất gợn sóng momen quay lớn, mang tính chu kỳ. - Momen xoắn ban đầu là rất thấp. * Đồ thị so sánh hiệu suất sử dụng năng lượng gió của các loại turbines gió: Hiệu suất sử dụng năng lượng gió của một số loại turbines gió 1. Cối xay gió cổ Hà Lan 2. Savorius 3. Nhiều cánh 4. Lý tưởng 5. Ba cánh 10 [...]... nước đứng đầu thế giới về phát triển năng lượng gió với hơn 22% lượng điện của Đan Mạch được sản xuất từ nguồn năng lượng này Anh: Đến năm 2010, Anh đã lắp đặt 3.000 tổ máy điện gió cỡ lớn tại bờ biển phía đông và phía tây để có thể cung cấp điện gió cho 1/6 tổng số hộ gia đình Điện gió chiếm 15% tổng lượng điện phát ra của toàn nước Anh 3 Khái quát năng lượng gió tại Việt Nam Đối với Việt Nam, tại... một cách thấu đáo tiềm năng to lớn về năng lượng gió ở Việt Nam 3.Đề xuất một khu vực xây dựng điện gió cho Việt Nam Ở Việt Nam, các khu vực có thể phát triển năng lượng gió không trải đều trên toàn bộ lãnh thổ Với ảnh hưởng của gió mùa thì chế độ gió cũng khác nhau Nếu ở phía bắc đèo Hải Vân thì mùa gió mạnh chủ yếu trùng với mùa gió đông bắc, trong đó các khu vực giàu tiềm năng nhất là Quảng Ninh,... bộ các đặc tính của turbines gió 3.2.1: Một số thông số của turbines gió Đường kính cánh gió: 14 NGÔ THỊ THƯƠNG THƯƠNG :20114162 V: tốc độ gió (m/s) D: công suất (kW) ξ: hệ số sử dụng năng lượng gió Số vòng quay của cánh gió: Z: độ cao tốc đặc trưng cho độ quay nhanh của cánh gió R: bán kính của công tác gió (m) V: vận tốc gió (m/s) 3.2.2: Biên dạng cánh Cánh quạt điện gió khi thiết kế phải đáp ứng... các nhà làm khoa học Việt Nam Cuối cùng, chỉ còn lại hai nguồn điện năng sạch và có tính khả thi cao: đó là nguồn năng lượng mặt trời và năng lượng gió 21 NGÔ THỊ THƯƠNG THƯƠNG :20114162 Theo kết quả khảo sát của Ngân hàng Thế giới trong Chương trình đánh giá về năng lượng cho Á Châu, Việt Nam là một quốc gia có tiềm năng về năng lượng gió cao nhất Đông Nam Á, với 513.360 MW, tức là hơn 200 lần công suất... gió Năm 2007, với công suất lắp đặt là 5329 MW, thị trường năng lượng gió Hoa Kỳ đã tăng thêm 27% so với toàn cầu Texazs tiếp tục trở thành trung tâm phát triển dự án năng lượng gió ở Hoa Kỳ với dự án năng lượng gió có công suất hơn 45GW đang được triển khai Trung Quốc: Năm 2004 Trung Quốc đã có 43 khu điện gió với tổng công suất là 850 MW Tính đến cuối năm 2011, Trung Quốc đã dẫn đầu thế giới về năng. .. tiết về năng lượng gió khu vực Đông Nam Á, trong đó Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất với tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360 MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020 Tất nhiên, để chuyển từ tiềm năng lý thuyết thành tiềm năng có thể khai thác, đến tiềm năng kỹ thuật, và cuối cùng, thành tiềm năng kinh... 2.Tiềm năng điện gió ở Việt Nam Nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam có một thuận lợi cơ bản để phát triển năng lượng gió So sánh tốc độ gió trung bình trong vùng biển Đông Việt Nam và các vùng biển lân cận cho thấy gió tại biển Đông khá mạnh và thay đổi nhiều theo mùa Trong chương trình đánh giá về năng lượng cho Châu Á, Ngân hàng Thế giới đã có một khảo sát chi tiết về năng. .. đó - 1980, các trang trại gió bắt đầu được xây dựng - 1990, bắt đầu phát triển các turbines gió đa-megawatt - 2008, nhiều nước đầu tư khai thác năng lượng gió, đánh dấu sự phát triển mạnh mẽ nhất của ngành công nghiệp gió trên thế giới 2 Tình hình phát triển năng lượng gió 2.1: Tình hình chung 16 NGÔ THỊ THƯƠNG THƯƠNG :20114162 Hiện nay trên thế giới có hàng ngàn turbines gió đang hoạt động với tổng... Khởi động máy với tốc độ gió khoảng 8-16 dặm/giờ (mph) và tắt máy tại khoảng 55 mph Turbines không hoạt động ở tốc độ gió ở trên khoảng 55 mph vì họ có thể bị hư hỏng bởi những cơn gió cao Anemometer (Máy đo gió) Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ điểu khiển Wind vane (Gió cánh) Để xử lý hướng gió và liên lạc với các ổ đĩa yaw để định hướng turbines gió Nacelle (Thùng máy bay)... Thiết kế của trục đứng khi gặp gió cánh quạt sẽ cong đi để đón gió nên chịu momen uốn, trong thời gian dài sẽ gây ra sự nứt và vỡ cánh quạt Tốc độ gió thay đổi theo chiều cao, càng lên cao thì tốc độ gió càng nhanh và mượt mà hơn do ma sát của gió với bề mặt Trái Đất Thế nên để sử dụng tối ưu năng lượng gió, người ta phải lắp đặt động cơ càng cao so với mặt đất càng tốt Cánh gió của turbines trục đứng . Khái niệm 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. 2. Sự hình thành năng lượng gió 3 NGUYÊN. dụng và quản lý nhu cầu năng lượng hợp lý thì việc nghiên cứu, phát triển, ứng dụng và sử dụng các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng gió, năng lượng Mặt Trời.là vô cùng. năng E và công suất P của gió là: Ta thấy công suất gió tăng theo lũy thừa 3 của vận tốc gió nên vận tốc gió là một trong những yếu tố quyết định khả năng sử dụng năng lượng gió. Công suất gió