Khóa luận tốt nghiệp tìm hiểu năng lượng gió và khai thác năng lượng gió tại việt nam

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG GIÓ TẠI VIỆT NAM SINH VIÊN : TRẦN TRƯỜNG TRIỆU MSSV : 11056481 LỚP : ĐHĐI7C GVHD : THS. VÕ TẤN LỘC TP. HCM, NĂM 2015 i PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1. Họ và tên sinh viên được giao đề tài: Trần Trường Triệu – 11056481 – ĐHĐI7C 2. Tên đề tài: TÌM HIỂU NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG GIÓ TẠI VIỆT NAM 3. Nội dung:  CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ.  CHƯƠNG 2: CÁC LÝ THUYẾT CƠ BẢN.  CHƯƠNG 3: CẤU TẠO TUA-BIN GIÓ.  CHƯƠNG 4: MÁY PHÁT ĐIỆN TRONG TUA-BIN ĐIỆN GIÓ.  CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 4. Kết quả: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Giảng viên hướng dẫn: Tp. Hồ Chí Minh, Ngày Tháng Năm 2015 Sinh viên: Trần Trường Triệu ii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN iii MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii MỤC LỤC ii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ vi DANH SÁCH CÁC BẢNG viii DANH MỤC VIẾT TẮT ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 1 1.1 Thực trạng năng lượng và môi trường 1 1.2 Sự hình thành năng lượng gió 4 1.3 Các đặc trưng của năng lượng gió 5 1.3.1 Tốc độ gió 5 1.3.2 Hướng gió 6 1.4 Ưu điểm năng lượng gió 7 1.5 Nhược điểm năng lượng gió 8 CHƯƠNG 2: CÁC LÝ THUYẾT CƠ BẢN 9 2.1 Nguyên lý biến đổi năng lượng gió 9 2.2 Phân loại Tua-bin gió 13 2.3 Các dạng truyền động 14 2.4 Định luật cảm ứng điện từ 16 2.5 Định luật lực điện từ 17 2.6 Hòa đồng bộ 17 CHƯƠNG 3: CẤU TẠO TUA-BIN GIÓ 18 3.1 Roto gió 22 3.1.1 Hệ thống Roto 22 3.1.2 Những nguyên tắc điều chỉnh hệ thống Roto 28 3.2 Bộ truyền động và bộ phận thắng 30 3.3 Vỏ và hệ thống định hướng 31 3.4 Bộ điều khiển 33 3.5 Hệ thống chống sét, chống cháy nổ 33 3.6 Tháp và nền 33 iv 3.7 Máy phát điện (Sẽ được trình bày trong chương 4). 33 CHƯƠNG 4: MÁY PHÁT ĐIỆN TRONG TUA-BIN ĐIỆN GIÓ 34 4.1 Máy phát điện không đồng bộ (Cảm ứng hoặc Dị bộ) 35 4.1.1 Lý thuyết 35 4.1.1.1 Cấu tạo máy phát điện không đồng bộ 35 4.1.1.2 Nguyên lý hoạt động 36 4.1.2 Máy phát điện không đồng bộ lồng sóc - SCIG 37 a. Single-Speed WECS 37 b. Two-Speed WECS Operation by Two Generators 38 c. Khởi động SCIG với Softstarter 39 d. Ưu và nhược điểm 40 4.1.3 Máy phát điện không đồng bộ Roto dây quấn 41 4.1.3.1 Máy phát điện cảm ứng optislip - OSIG 41 4.1.3.2 Máy phát điện không đồng bộ nguồn kép - DFIG 43 a. Cấu tạo 43 b. Sơ đồ mạch tương đương của hệ thống DFIG trong trạng thái ổn định với bộ Converter phía Roto 44 c. Các trạng thái hoạt động của DFIG 48 d. Tính toán số liệu cụ thể khi DFIG hoạt động ở 3 trạng thái 50 e. Khởi động máy phát DFIG 55 f. Ưu và nhược điểm của DFIG 56 4.2 Máy phát điện đồng bộ 58 4.2.1 Lý thuyết 58 4.2.1.1 Cấu tạo 58 4.2.1.2 Nguyên lý hoạt động 59 4.2.2 Máy phát điện đồng bộ Roto dây quấn - WRSG 60 4.2.3 Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cữu - PMSG 61 4.3 Các loại tiềm năng khác 65 4.3.1 Máy phát điện cao áp - Highvoltage generator (HVG) 65 4.3.2 Máy phát điện từ hóa chuyển đổi - The switched reluctance generator 65 4.3.3 Máy phát điện ngang dòng - Transverse flux generator - TFG 66 CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 67 v 5.1 Ứng dụng thiết kế nông trường gió ở Mũi Né, Phan Thiết 67 5.1.1 Khảo sát địa điểm 67 5.1.2 Tính toán Tua-bin gió 72 5.1.2.1 Công thức liên quan 72 5.1.2.2 Yêu cầu mỗi Tua-bin gió có công suất định mức 2MW 73 5.1.3 Chọn Tua-bin gió 74 5.2 Kết luận 85 5.3 Hướng phát triển: nông trường gió và bộ bù tĩnh 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 LỜI CẢM ƠN 89 vi DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Bản đồ phân bố gió ở Việt Nam tại độ cao 80 mét (World Bank-2001). 3 Hình 2.1: Ống động lực học Bezt trong điều kiện khí lý tưởng. 10 Hình 2.2: Tỉ số vận tốc v 2 /v 1. 12 Hình 2.3: Tua-bin gió dọc trục. 13 Hình 2.4: Tua-bin gió trục ngang. 14 Hình 3.1: Cấu hình Tua-bin điện gió trục ngang và thân trụ dùng hộp số. 19 Hình 3.2: Cấu tạo bên trong Tua-bin gió trục ngang. 20 Hình 3.3: Hệ thống đùm nối cánh quạt 22 Hình 3.4: Cấu trúc bên trong cánh quạt Tua-bin gió Growian. 23 Hình 3.5: Nguyên tắc khí động học điều chỉnh cánh quạt. 24 Hình 3.6: Các trạng thái hoạt động của cánh quạt. 27 Hình 3.7: Khí động học trong điều chỉnh cánh quạt. 28 Hình 3.8: Động cơ điều khiển góc Pitch cánh quạt trong Tua-bin gió. 29 Hình 3.9: Hộp số bánh răng trong Tua-bin gió 2MW đến 3MW. 30 Hình 3.10: Bánh thắng tại trục tốc độ cao trong Tua-bin gió. 30 Hình 3.11: Vòng bi 1 lớp và 2 lớp. 31 Hình 3.12: Thùng Nacelle hãng Avantis. 31 Hình 3.13: Cảm biến gió gồm chén gió và đuôi chong chóng. 32 Hình 3.14: Hệ thống chỉnh Tua-bin theo hướng gió. 32 Hình 4.1: Cấu tạo Stato máy phát điện không đồng bộ. 35 Hình 4.2: Máy phát điện không đồng bộ lồng sóc-Hãng ABB. 37 Hình 4.3: Hệ thống máy phát SCIG 1 cấp tốc độ nối lưới. 37 Hình 4.4: Hệ thống máy phát SCIG 2 cấp tốc độ nối lưới. 38 Hình 4.5: Gía trị dòng đỉnh khi khởi động SCIG khi kết nối lưới trực tiếp. 39 Hình 4.6: Gía trị dòng đỉnh khi khởi động SCIG khi kết nối lưới gián tiếp thông qua bộ khởi động mềm. 40 Hình 4.7: Hệ thống OSIG nối lưới. 41 Hình 4.8: Máy phát điện DFIG trong Tua-bin gió-Hãng ABB. 43 Hình 4.9: Cấu trúc DFIG nối lưới. 43 Hình 4.10: Sơ đồ mạch tương đương DFIG trạng thái ổn định với Converter phía Roto. 44 Hình 4.11: Sơ đồ mạch tương đương DFIG trạng thái ổn định với Converter phía Roto được sắp xếp lại. 46 Hình 4.12: Hiệu suất liên quan đến tốc độ quay trong máy phát DFIG. 47 Hình 4.13: Trạng thái hoạt động trạng thái siêu đồng bộ DFIG. 48 Hình 4.14: Dòng công suất DFIG trong trạng thái hoạt động siêu đồng bộ. 48 Hình 4.15: Trạng thái hoạt động chế độ dưới đồng bộ DFIG. 49 Hình 4.16: Dòng công suất DFIG trong trạng thái hoạt động dưới đồng bộ. 49 vii Hình 4.17: Sơ đồ biểu diễn cấu trúc hệ thống DFIG khi khởi động. 55 Hình 4.18: Stato máy phát điện đồng bộ. 58 Hình 4.19: Roto máy phát điện đồng bộ 59 Hình 4.20: Máy phát điện WRSG số lượng cực từ cao. 60 Hình 4.21: Hệ thống WRSG nối lưới. 60 Hình 4.22: Cấu trúc phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cữu-PMSG. 61 Hình 4.23: Máy phát điện PMSG trong Tua-bin gió. 62 Hình 4.24: Máy phát PMSG với các cực từ được gắn xung quanh bề mặt Roto. 63 Hình 4.25: Máy phát PMSG với các cực lồi, nam châm ẩn vào bên trong. 63 Hình 5.1: Vị trí Mũi né, Phan thiết, Bình Thuận trên bản đồ. 69 Hình 5.2: Tốc độ gió tại độ cao 80m. 69 Hình 5.3: Cánh đồng gió ngoài khơi. 71 Hình 5.4: Công suất Tua-bin gió qua các khối. 72 Hình 5.5: Cấu trúc bên trong Tua-bin V90 2.0-IEC IIIA của hãng Vestas. 75 Hình 5.6: Đặc tuyến công suất Tua-bin Vestas V90-IEC IIIA. 78 Hình 5.7: Tiêu chuẩn sắp xếp vị trí Tua-bin gió trong cánh đồng gió ngoài khơi. 79 Hình 5.8: Sơ đồ bố trí Tua-bin gió trong cánh đồng gió ngoài khơi tại Mũi Né. 80 Hình 5.9: Cáp nối dưới biển giữa các trụ Tua-bin gió. 81 Hình 5.10: Trạm điều khiển cánh đồng gió ngoài khơi. 81 Hình 5.11: Cáp vào bờ từ cánh đồng gió ngoài khơi. 82 Hình 5.12: Cáp 3 pha dùng trong cánh đồng gió ngoài khơi. 84 Hình 5.13: Sơ đồ SVC điển hình. 86 viii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1: Tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam (Theo World Bank-2001) 2 Bảng 1.2: Các cấp gió. 5 Bảng 1.3: Tên viết tắt của 16 hướng gió Việt Nam và Thế Giới. 6 Bảng 2.1: Ưu, nhược điểm của bộ truyền động đai xích và bánh răng. 15 Bảng 3.1: Số cánh quạt liên quan đến hệ số tốc độ đầu cánh. 25 Bảng 3.2: So sánh các dạng hoạt động của cánh quạt. 26 Bảng 4.1: Thông số DFIG 1.5 MW, 690V, 50Hz. 50 Bảng 4.2: Kết quả tính toán máy phát DFIG trong 3 trường hợp tốc độ. 54 Bảng 5.1: Hướng gió các tháng trong năm tại Mũi Né, Phan Thiết. 70 Bảng 5.2: Các thông số Tua-bin Vestas V90 2.0-IEC IIIA. 76 ix DANH MỤC VIẾT TẮT SCIG: Squirrel-cage Induction Generator. WECS: Wind energy conversion system. WRIG: Wound Rotor Induction Generator. OSIG: Optislip Induction Generator. DFIG: Doubly Fed Induction Generator. RSC: Rotor side converter. GSC: Grid side converter. WRSG: Wound Roto Synchronous Generator. PMSG: permanent magnet synchronous generator. HV: Highvoltage generator. SRG: Switched reluctance generator. TFG: Transverse flux generator. SVC: Static VAR Compensator. [...]... trục lớn Rất tốt Rất tốt Không tốt Khả năng chịu mài mòn Tốt Rất tốt Rất tốt Sử dụng nhiều dãy Rất tốt Rất tốt Không tốt Khả năng chịu nhiệt Không tốt Rất tốt Tốt Tính trơ hóa học Không tốt Rất tốt Tốt Làm việc trong dầu Không tốt Rất tốt Rất tốt Khả năng tải Tốt Rất tốt Rất tốt Vận tốc cao Rất tốt Không tốt Rất tốt Dễ bảo trì Tốt Rất tốt Không tốt Môi trường Không tốt Rất tốt Rất tốt Dựa vào bảng ưu,... bằng sức gió thấp hơn so với thủy điện 8 Khóa luận tốt nghiệp Sinh viên: Trần Trường Triệu CHƯƠNG 2: CÁC LÝ THUYẾT CƠ BẢN 2.1 Nguyên lý biến đổi năng lượng gió Gió là luồng không khí chuyển động và năng lượng gió chính là động năng của luồng không khí chuyển động đó Bộ phận dùng để đón gió và nhận năng lượng từ gió gọi là Rotor gió Rotor gió làm nhiệm vụ tiếp nhận động năng của luồng gió và chuyển... Đông Bắc NE 11 Tây Nam SW 4 Đông Đông Bắc ENE 12 Tây Tây Nam WSW 5 Hướng Đông E 13 Hướng Tây W 6 Đông Đông Nam ESE 14 Tây Tây Bắc WNW 7 Đông Nam SE 15 Tây Bắc NW 8 Nam Đông Nam SSE 16 Bắc Tây Bắc NNW chung 6 chung Khóa luận tốt nghiệp Sinh viên: Trần Trường Triệu 1.4 Ưu điểm năng lượng gió  Năng lượng gió là nguồn năng lượng cạnh tranh: ngày nay năng lượng gió đã được nghiên cứu kĩ, và giá thành có thể.. .Khóa luận tốt nghiệp Sinh viên: Trần Trường Triệu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 1.1 Thực trạng năng lượng và môi trường Năng lượng là một trong các điều kiện thiết yếu của đời sống con người Từ thế kỷ 20, con người đã sử dụng năng lượng hóa thạch, năng lượng hạt nhân, bước đầu sử dụng năng lượng tái tạo để phát điện nhằm phục vụ sản xuất và cải thiện đời sống cho nhân loại Ngày nay trữ lượng. .. năng năng lượng gió của Việt Nam (Theo World Bank-2001) Tốc độ gió TB Khá Tốt Rất tốt Tuyệt vời (9 m/s) 197342 100367 25679 2187 113 60.6 30.8 7.9 0.7 ~0 401444 102716 8748 452 (km2) % Tổng diện tích MW tiềm năng 2 Khóa luận tốt nghiệp Sinh viên: Trần Trường Triệu Hình 1.1: Bản đồ phân bố gió ở Việt Nam tại độ cao 80 mét (World Bank-2001) 3 Khóa. .. các nguồn năng lượng khác Năm 2006, trong báo cáo của viện nghiên cứu năng lượng mới, giá thành năng lượng gió chỉ cao hơn nhà máy điện chạy năng lượng than đá một ít và tương đương với năng lượng khí thiên nhiên, nhưng không thải khí CO2  Năng lượng gió có thể dự đoán trước: giá dầu, ga thiên nhiên, than đá và các nhiên liệu khác dao động lên xuống không dự đoán được Giá của năng lượng gió là dự... Roto gió  Bộ truyền động và bộ phận thắng  Vỏ và hệ thống định hướng  Bộ điều khiển  Hệ thống chống sét, chống cháy nổ  Tháp và nền  Máy phát điện 18 Khóa luận tốt nghiệp Sinh viên: Trần Trường Triệu Hình 3.1: Cấu hình Tua-bin điện gió trục ngang và thân trụ dùng hộp số 19 Khóa luận tốt nghiệp Sinh viên: Trần Trường Triệu Hình 3.2: Cấu tạo bên trong Tua-bin gió trục ngang 20 Khóa luận tốt nghiệp. .. dân và chính phủ đầu tư tiền vào  Năng lượng gió nhanh: nhanh ở đây có nghĩa là một nhà máy điện chạy bằng sức gió được xây dựng nhanh chóng, điều này có ý nghĩa lớn với các quốc gia đang thiếu điện như nước ta  Năng lượng gió độc lập: chúng ta biết gió là nguồn năng lượng vô tận và không thuộc quyền quản lý của một tổ chức nào, mọi người dân, tổ chức đều có quyền sử dụng năng lượng gió  Năng lượng. .. Trần Trường Triệu 1.5 Nhược điểm năng lượng gió Điểm bất thuận lợi chính yếu của nguồn năng lượng gió là phụ thuộc vào thiên nhiên Dù công nghệ gió đang phát triển cao, và giá thành của một Tua-bin gió giảm dần từ hơn 10 năm qua, xét về chất lượng điện năng thì mức đầu tư ban đầu cho nguồn năng lượng này vẫn còn cao hơn mức đầu tư các nguồn năng lượng cổ điển Gió đến từ thiên nhiên cho nên không đáp... điện nguyên tử tại Đức diễn ra ngày càng mãnh liệt nên điện bằng sức gió phát triển rất mạnh, sản lượng đã vượt xa sản lượng thủy điện và trở thành nguồn năng lượng đáng kể trên cường quốc công nghiệp này Tại Việt Nam, năm 2004 đầu tư cho đảo Bạch Long Vĩ 800 kW điện gió 414 kW kết hợp điêden hết 938150 USD Đầu tư cho điện gió không lớn so với đầu tư cho các nhà máy điện khác tại Việt Nam: nhà máy điện . ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG GIÓ TẠI VIỆT NAM SINH VIÊN : TRẦN TRƯỜNG. ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1. Họ và tên sinh viên được giao đề tài: Trần Trường Triệu – 11056481 – ĐHĐI7C 2. Tên đề tài: TÌM HIỂU NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG GIÓ TẠI VIỆT NAM 3 trạng năng lượng và môi trường 1 1.2 Sự hình thành năng lượng gió 4 1.3 Các đặc trưng của năng lượng gió 5 1.3.1 Tốc độ gió 5 1.3.2 Hướng gió 6 1.4 Ưu điểm năng lượng gió 7 1.5 Nhược điểm năng