nghiên cứu, thiết kế và thi công mô hình máy phát điện gió turbine trục đứng công suất nhỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ TURBINE TRỤC ĐỨNG CƠNG SUẤT NHỎ S K C 0 9 MÃ SỐ: T67 - 2008 S KC 0 1 Tp Hồ Chí Minh, 2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT - THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ TURBINE TRỤC ĐỨNG CÔNG SUẤT NHỎ ĐỀ TÀI CẤP TRƯỜNG MÃ SỐ : T 67 - 2008 NGƯỜI THỰC HIỆN CNĐT: TS TRƯƠNG VIỆT ANH Th.S ĐỖ ANH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2008 TĨM TẮT Việt Nam với lợi khoảng 3260 km bờ biển gần 3000 đảo lớn nhỏ [15], quốc gia có tiềm năng lượng gió lớn so với nước khu vực Tiềm nhà nước đặc biệt quan tâm xem nguồn lượng góp phần đáng kể cho nhu cầu điện ngày thiếu thốn trầm trọng Việt nam Bên cạnh các cỗ máy phát điện gió cỡ lớn máy phát điện gió phân tán cỡ nhỏ dùng cho hộ gia đình, cụm dân cư áp dụng thành cơng giới Các máy phát điện cỡ nhỏ có ưu điểm so với loại cỡ lớn vận hành điều kiện gió thấp Các máy phát điện gió độc lập cỡ nhỏ cung cấp nguồn lượng tái sinh, sạch, chủ động cho hộ gia đình, nơng trại, hải đảo, tàu thuyền,…làm giảm áp lực lên lưới điện Với lý trên, luận văn tập trung nghiên cứu mơ hình máy phát điện sử dụng lượng gió trục đứng cơng suất nhỏ Kiểu turbine trục đứng Lenz2 đề tài vận hành tốt điều kiện gió khơng lý tưởng, giá thành thấp, dễ lắp đặt, bảo dưỡng chế tạo nguồn ngun liệu sẵn có Việt nam Sản phẩm đề tài mơ hình máy phát điện trục đứng kiểu Lenz2, cao 0,6m đường kính 0,5m, cơng suất ngõ ra: 0,49W vận tốc gió 3m/s, hiệu suất hệ thống khoảng 10% ABSTRACT Vietnam, with 3650 km of coast line and 3000 islands, is one of the nations with the most wind energy potential in Southeast Asia In recent years, the government has paaid special attention to this field and regards it as the significant energy resource to reduce the serious lack of electricity demand in Vietnam Beside the large scale wind machines, the small-scale-distributed wind energy systems are very successful globally The advantage of distributed wind energy systems is that they can operate in low wind speeds Distributed wind energy systems provide clean, renewable power for on-site use and help relieve pressure on the power grid They also provide jobs and contribute to energy security for homes, farms, schools, factories, private and public facilities, distribution utilities, and remote locations For the above reasons, this project focused on the small scale Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) The Lenz2 turbine in this thesis could operate at non-ideal conditions, at a low cost, with simple assembly, and low maintenance It is easy to make it by raw materials in Vietnam The study outcome was that, one VAWT Lenz2 (height 0.6m, diameter 0.5m) had electrical power output about 0.49 Watts in 3m/s and total system efficiency estimated to be 10% ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng MỤC LỤC TĨM TẮT ABSTRACT .2 MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU DANH MỤC BẢNG BIỂU .9 DANH MỤC HÌNH VẼ, ðỒ THỊ 11 CHƯƠNG 0: GIỚI THIỆU 14 0.1 Tình hình lượng giới 14 0.2 Những thuận lợi dùng lượng gió 15 0.3 Mục tiêu đề tài 16 0.4 Phương pháp nghiên cứu .18 0.5 Bố cục đề tài 18 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 19 1.1 Năng lượng gió giới .19 1.2 Năng lượng gió phân tán .22 1.2.1 Cơng nghệ điện gió phân tán giới 23 1.2.2 Máy phát điện độc lập cỡ nhỏ (off-grid) 27 1.2.2.1 Bối cảnh chung ứng dụng 28 1.2.2.2 Máy phát điện cỡ nhỏ giai đoạn 28 1.2.2.3 ðánh giá thị trường tồn cầu 29 1.3 Năng lượng gió Việt Nam 33 1.4 Tiềm phát triển lượng gió cơng suất bé Việt Nam .35 CHƯƠNG 2: LỊCH SỬ MÁY PHÁT ðIỆN GIĨ 38 2.1 Lịch sử phát triển 38 2.2 Các kiểu turbin gió 41 2.2.1 Turbin gió trục đứng trục ngang 41 Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng 2.2.2 Các kiểu turbin gió trục đứng .42 2.2.2.1 Savonius: Kiểu dùng lực đẩy 42 2.2.2.2 Darrieus, VAWT dùng lực nâng 43 2.2.2.3 Các kiểu turbine lực nâng khác 45 2.3 So sánh turbine trục đứng trục ngang .46 2.4 Kết luận .48 CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT TÍNH TỐN MÁY PHÁT ðIỆN GIĨ 50 3.1 Năng lượng gió .50 3.2 Hiệu suất tuabin C p 53 3.2.1 Tỉ số tốc độ đỉnh (Tip Speed Ratio viết tắt TSR) 54 3.2.2 Tính hiệu suất turbine theo TSR ω phương pháp lặp 56 3.2.3 Góc Pitch .59 3.2.4 Góc tới (Angle of attack), γ 60 3.3 Hiệu suất truyền động 61 3.4 Hiệu suất máy phát 63 3.5 Hiệu suất hệ thống 66 3.6 Cánh tuabin 66 3.7 Mối quan hệ độ cao tốc độ gió 67 3.8 Các thành phần turbine gió 68 3.9 Cơng suất định mức vận tốc gió định mức .70 3.10 Vận tốc gió ngưỡng vào (Cut–in wind speed) 70 3.11 Vận tốc gió Cut-out [12] 71 3.12 Mối quan hệ thơng số 72 3.13 Lưu đồ tính tốn thiết kế 74 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MƠ HÌNH VÀ KẾT QUẢ ðO ðẠT 76 4.1 Giới thiệu .76 4.2 Thiết kế máy phát điện gió trục đứng cơng suất bé kiểu Lenz2 77 4.2.1 Tiêu chí thiết kế 77 Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng 4.2.2 Tính tốn thiết kế .77 4.2.2.1 Cơng suất ngõ hệ thống .78 4.2.2.2 Cánh tuabin kiểu Lenz2 79 4.2.2.3 Trục rơto ( Shaft) 82 4.2.2.4 Bộ nhơng 84 4.2.2.5 Máy phát (Generator) 85 4.2.2.6 Cánh tay giữ máy phát 87 4.2.3 Các mơ hình .88 4.3 Mơ tả thí nghiệm, kết đo đạt .89 4.3.1 Kết đo đạt Mơ hình (Hình 4.12a) 89 4.3.2 Kết đo đạt Mơ hình 90 4.3.3 Kết đo đạt Mơ hình 90 4.3.4 Kết đo đạt Mơ hình 91 4.3.5 Kết đo đạt Mơ hình 91 4.3.6 Kết đo đạt Mơ hình 100 4.4 ðánh giá so sánh kết : 100 4.5 Ứng dụng mơ hình 102 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng DANH MỤC KÝ HIỆU P : Cơng suất Pw : Cơng suất thu từ gió Pout : Cơng suất ngõ Pe : Cơng suất ngõ máy phát (cơng suất điện) PeR : Cơng suất điện định mức ngõ Pt : Cơng suất ngõ hệ thống truyền động PtR : Cơng suất định mức ngõ vào Pm : Cơng suất PmR : Cơng suất định mức u : Vận tốc gió m/s A : Diện tích cắt ngang khối khí qua, đơn vị m2 ρ : Mật độ khơng khí, đơn vị kg/m3 T : Nhiệt độ Kelvin p : Áp suất có đơn vị kPa Cp : Hiệu suất turbine C pR : Hiệu suất turbine vận tốc gió định mức ηm : Hiệu suất truyền η mR : Hiệu suất truyền vận tốc gió định mức ηg : Hiệu suất máy phát η gR : Hiệu suất máy phát vận tốc gió định mức η0 : Tổng hiệu suất định mức hệ thống VAWT : Vertical Axis Wind Turbine: Turbine gió trục đứng HAWT : Horizontal Axis Wind Turbine: Tuabin gió trục ngang ur : Vận tốc định mức turbine rm : Bán kính quay cực đại turbine đơn vị m Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng ωm : Vận tốc góc turbine, đơn vị rad/s ω opt : Vận tốc quay tối ưu rơto TSR : Tip Speed Ratio - Tỉ số tốc độ đỉnh β : Góc Pitch λopt : TSR tối ưu γ : Góc tới n : Tốc độ quay (rotational speed), đơn vị vòng/phút tw : Thời gian gió xáo động qua cánh trở bình thường ts : Thời gian cần thiết để cánh phía sau quay với vận tốc ω đến vị trí trước s : ðộ dài luồng gió động từ trước tới sau cánh rơto I shaft : Momen qn tính rotor lên trục quay NB : Số cánh quạt ρB : Tỷ trọng vật liệu làm cánh quạt LB : ðộ dài cánh quạt WB : ðộ rộng cánh quạt: tB : ðộ dầy cánh quạt r : Bán kính q : Số tầng bánh MW : Megawatt GW : Gigawatt x : ðộ dầy khối khí, đơn vị m U : ðộng d1 : ðường kính khói khí di chuyển bam đầu u1 : Vận tốc ban đầu p1 : Áp suất ứng với đướng kính d1 d2 : ðường kính n : Hệ số ma sát mặt đất, Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng h1 : ðộ cao vị trí thứ h2 : ðộ cao vị trí thứ hai DC : Một chiều AC : Xoay chiều R : ðiện trở Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng Bảng 4.9: Kết đo cơng suất ngõ P mơ hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.18mm, quấn 1400 vòng, vấn tốc gió u=2m/s ST T R ( Ohm) 10 11 12 15 56 100 180 210 220 280 560 750 1000 1800 15000 I (mA) 40.0 32.0 28.0 22.0 18.4 20.0 17.2 10.2 8.6 7.0 4.2 0.1 U(V-DC) 0.53 1.45 2.20 3.15 4.00 3.50 3.70 4.65 5.20 5.50 6.00 7.10 P 0.02 0.05 0.06 0.07 0.07 0.07 0.06 0.05 0.04 0.04 0.03 0.00 Rơto (Vòng/phút) 49 57 60 64 68 67 70 73 75 77 80 92 Bảng 4.10: Kết đo cơng suất ngõ P mơ hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.18mm, quấn 1300 vòng, vấn tốc gió u=3m/s STT R ( Ohm) 10 11 12 15 56 100 180 210 220 280 560 750 1000 1800 15000 I (mA) 24.0 26.0 25.0 20.0 17.0 18.0 15.0 10.0 8.0 6.2 3.8 0.1 U(V-DC) 0.34 1.22 2.26 2.80 3.60 4.00 3.60 4.50 4.70 4.83 5.50 5.90 P 0.01 0.03 0.06 0.06 0.06 0.07 0.05 0.05 0.04 0.03 0.02 0.00 Rơto (Vòng/phút) 35 41 62 62 65 64 70 72 75 80 92 96 Bảng 4.11: Kết đo cơng suất ngõ P mơ hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.18mm, quấn 1300 vòng, vấn tốc gió u=2m/s Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang 95 ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng STT R ( Ohm) 10 11 12 15 56 100 180 210 220 280 560 750 1000 1800 15000 I (mA) 5.0 7.0 7.0 7.5 8.5 8.0 7.5 4.5 3.9 3.5 3.0 2.0 U(V-DC) 0.70 0.60 1.00 1.64 1.60 1.60 1.60 2.00 2.20 2.30 2.50 3.00 P Rơto (Vòng/phút) 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 Bảng 4.12: Kết đo cơng suất ngõ P mơ hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.18mm, quấn 1100 vòng, vấn tốc gió u=3m/s STT R ( Ohm) 10 11 12 15 56 100 180 210 220 280 560 750 1000 1800 15000 I (mA) 37.0 32.0 26.2 20.0 16.0 18.6 16.0 9.0 8.0 5.8 5.0 4.0 U(V-DC) 0.70 1.43 2.00 2.88 3.45 3.22 3.40 4.25 4.77 4.80 5.00 3.00 P 0.03 0.05 0.05 0.06 0.06 0.06 0.05 0.04 0.04 0.03 0.03 0.01 Rơto (Vòng/phút) 63 Bảng 4.13: Kết đo cơng suất ngõ P mơ hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.18mm, quấn 1100 vòng, vấn tốc gió u=2m/s STT R ( Ohm) 15 Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa I (mA) 5.0 U(V-DC) 0.70 P Rơto (Vòng/phút) 0.00 Trang 96 ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng 10 11 12 56 100 180 210 220 280 560 750 1000 1800 15000 7.0 7.0 7.5 8.5 8.0 6.7 4.5 1.7 0.8 0.2 1.8 0.60 1.00 1.64 1.55 1.60 1.80 2.00 3.00 4.00 4.20 5.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00 0.01 Từ kết đo đạt ta vẽ đồ thị gồm đường cong cơng suất Hình 4.15 0.14 P (W) ðặt tuyến cơng suất ngõ ứng với dây 18 mm 0.13 0.12 P_1500_3ms 0.11 P_1500_2ms 0.10 P_1400_3ms 0.09 P_1400_2ms 0.08 P_1300_3ms 0.07 P_1300_2ms P_1100_3ms 0.06 P_1100_2ms 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 15 56 100 180 210 220 280 560 750 1,000 1,800 15,000 R(Ohm) Hình 4.15: ðồ thị đường cong cơng suất ứng với dây 0.18mm Vậy với dây 0.18mm, cơng suất cực đại thu vận tốc gió 3m/s là: 0.13 W Kết thí nghiệm cuộn dây cỡ 0.25mm Thay cuộn dây khác dây cỡ 0.25mm với vòng dây 1600, 1200, Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang 97 ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng 800 ta kết theo Bảng 4.12, 4.13, 4.14 sau: Bảng 4.14: Kết đo cơng suất ngõ P mơ hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.25mm, quấn 1600 vòng, vấn tốc gió u=3m/s STT 10 11 12 R ( Ohm) 15 56 100 180 210 220 280 560 750 1000 1800 15000 I (mA) 77.0 70.0 65.0 70.0 55.0 50.0 46.0 64.0 55.0 40.0 25.0 10.0 U(V-DC) P 1.70 2.50 4.00 7.00 7.00 7.00 6.50 4.00 3.50 4.00 5.00 10.00 0.13 0.18 0.26 0.49 0.39 0.35 0.30 0.26 0.19 0.16 0.13 0.10 Rơto (Vòng/phút) 92 Bảng 4.15: Kết đo cơng suất ngõ P mơ hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.25mm, quấn 1200 vòng, vấn tốc gió u=3m/s ST T R (Ohm) I (mA) U(V-DC) 15 55.0 3.00 56 46.0 4.00 100 43.0 5.00 180 41.0 5.50 210 40.0 6.00 220 40.0 6.50 280 560 38.0 30.0 6.00 7.00 Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa P Rơto (Vòng/phút) 0.1 0.1 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 Trang 98 ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng 750 25.0 7.50 10 1000 20.0 9.00 11 1800 10.0 11.00 12 15000 7.0 14.00 0.1 0.1 0.1 0.1 Bảng 4.16: Kết đo cơng suất ngõ P mơ hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.25mm, quấn 800 vòng, vấn tốc gió u=3m/s STT 10 11 12 R ( Ohm) 15 56 100 180 210 220 280 560 750 1000 1800 15000 I (mA) 83.0 70.0 60.0 35.0 34.0 25.0 23.0 20.0 16.0 12.0 11.0 2.0 U(V-DC) 1.70 2.10 2.50 5.00 4.70 5.00 5.20 5.50 5.80 5.90 6.00 12.00 P Rơto (Vòng/phút) 0.14 0.15 0.15 0.18 0.16 0.13 0.12 0.11 0.09 0.07 0.07 0.02 Từ giá trị bảng ta vẽ đường cong cơng suất Hình 4.16 Từ Bảng 4.14 đồ thị Hình 4.16 ta thấy giá trị lớn thu từ gió với dây cỡ 0.25mm 0,49W gió 3m/s Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang 99 ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng 0.60 P(W) ðặt tuyến cơng suất ngõ ứng với dây 25 mm, vận tốc gió 3m/s 0.50 P_1600 vòng P_1200 vòng 0.40 P_800 vòng 0.30 0.20 0.10 15 56 100 180 210 220 280 560 750 1,000 1,800 15,000 R(Ohm) Hình 4.16: ðồ thị đường cong cơng suất với cỡ dây 0.25mm 4.3.6 Kết đo đạt Mơ hình Máy phát quạt trần tăng tốc qua nhơng dây curoa Tỷ số truyền 1:3 Kết : Turbine quay vận tốc gió 7m/s Cơng suất ngõ cực đại tương đương giá trị cực đại mơ hình 0.49W 4.4 ðánh giá so sánh kết : Kết thu từ Mơ hình 0.49 W gần với giá trị tính tốn lý thuyết 0.5W, kết khả quan Kết minh chứng hiệu suất turbine cánh Lenz2 tốt, khơng thua turbine trục ngang kích thước Như trình bày, khơng có máy phát chuẩn (sẽ có đầy đủ thơng số kỹ thuật máy phát đó) nên đề tài khơng thể đưa số xác Cp Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang 100 ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng mơ hình đề tài Tuy nhiên, Cp giá trị phụ thuộc vào vận tốc gió, vận tốc quay turbine, thơng số cánh góc pitch góc tới ðối với turbine có góc pitch cố định góc khơng đổi Cp có liên quan trực tiếp đến TSR Mơ hình turbine đề tài có cánh Lenz2 loại có góc pitch cố định, Cp có liên quan trực tiếp đến tỷ số TSR hệ thống Thực nghiệm đếm cơng suất lớn 0.49W ( vận tốc gió 3m/s) Bảng 4.14, turbine đạt 92 vòng/phút Mà theo tác giả Lenz2 [4], TSR tối ưu Lenz2 0,8 Từ ta tính vòng/phút ứng với TSR =0,8 Từ cơng thức (3-9) ta có: λ= Vậy : ω m = rmω m u λ ∗ u 0,8 ∗ rm = 0,25 = 9,6 Rad / s (TSR = λ = 0,8 , vận tốc gió u = m/s, r = bán kính turbine = 0.25m), mà: ω m = 2π f hay : f = ωm 9,6 = = 1,52 (vòng / s ) = 1,52 ∗ 60 / phút = 91 (vòng / phút ) 2π ∗ 3.14 Kết gần trùng khớp với kết thực nghiệm 92 vòng/phút Như cánh turbine thiết kế tiêu chuẩn Lenz2 Kết đạt với hiệu suất tồn hệ thống 0,1 hồn tồn trùng khớp với kết mà nhóm nghiên cứu Trường ðại học Dalhousie thử nghiệm vào tháng 12-2005 turbine trục đứng kiểu Darrieus [10], hiệu suất họ 0,1 Trong diện tích cánh 3,85 m2, đường kính cánh 2,56m hiệu suất họ đạt vận tốc gió 6m/s Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang 101 ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng Turbine nhóm có thơng số sau: Vận tốc gió TSR Số cánh m/s Diện tích cánh 3,85 m2 ðường kính cánh 2,56 m Cơng suất ngõ mong muốn 50 Watt Hiệu suất hệ thống 0.1 Mơ hình cuối chọn Mơ hình 5, mơ hình có cấu tạo đơn giản nhất, giá thành thấp, dễ lắp đặt vận hành điều kiện thời tiết gia cố thêm phần khí cho vững Tóm lại Turbine cánh kiểu Lenz2 phát triển ứng dụng cho vùng gió thấp Viêt nam Nếu sản xuất máy phát điện gió (Generator) cơng suất bé với số lượng lớn chuyển giao cho người dùng tự chế tạo chắn mang lại lợi ích cho hàng triệu hộ gia đình Việt Nam 4.5 Ứng dụng mơ hình ðiện tạo đấu trực tiếp vào đèn Led theo sơ đồ sau, sạt vào bình ắc qui.Thực nghiệm cho thấy hệ thống cung cấp nguồn lượng chiếu sáng 50 bóng đèn Led với vận tốc gió khoảng 3m/s Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang 102 ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng + - G Hình 4.17: Năng lượng tạo chiếu sáng 50 bóng đèn Led Hình 4.18: Mơ hình turbine trục đứng kiểu Lenz Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang 103 ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Những tài liệu dẫn chứng đề tài chứng minh tầm quan trọng lượng gió phân tán, đặc biệt máy phát điện dùng lượng gió độc lập dùng cho hộ gia đình mà nước giới có Trung Quốc quốc gia gần Việt nam áp dụng thành cơng Việt Nam khoảng 4,5 triệu dân, đặc biệt hộ vùng sâu, vùng xa, hải đảo… chưa có điện [8] Trong với 3260 km bờ biển gần 3000 đảo lớn nhỏ [15], Việt Nam có lợi lớn để phát triển mơ hình máy phát điện độc lập cơng suất bé Hiện nay, có nhiều cơng nghệ máy phát điện khai thác lượng gió tiên tiến giới Tuy nhiên, khơng giống với cỗ máy phát điện dùng sức gió cỡ lớn, máy phát điện cơng suất bé cần phải có cấu tạo phù hợp để đáp ứng điều kiện gió thấp giá thành chấp nhận Việt Nam Mơ hình thiết kế luận văn mơ hình turbine gió trục đứng kiểu Lenz2, mơ hình phù hợp cho điều kiện gió Việt Nam Với tiêu chí như: giá thành thấp, dễ chế tạo, hiệu suất khá, tu bảo quản, bền, hoạt động có hiệu điều kiện khơng lý tưởng dễ dàng lắp đặt, mơ hình thực thi Sản phẩm đề tài turbine gió trục đứng có cánh kiểu Lenz2 (cao 0,6m, đường kính 0,5m) vận hành tốt, cơng suất đạt vận tốc gió m/s 0,49W, hiệu suất tồn hệ thống đạt từ 10 – 20%, thỏa mãn tiêu chí thiết kế ban đầu Luận văn tổng hợp, chắt lọc từ nhiều nguồn tài liệu với phương pháp tính tốn thiết kế khác để đưa đầy đủ cơng Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang 104 ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng thức thích hợp cho mơ hình máy phát điện dùng lượng gió cơng suất bé Trải qua q trình nghiên cứu nghiêm túc, thân rút kinh nghiệm thiết kế mơ hình máy phát điện gió cỡ nhỏ sau: - Khảo sát gió nơi đặt turbine khâu quan trọng Vì định đến hiệu kinh tế, cấu trúc thơng số liên quan đến thiết kế turbine - Máy phát (generator) dùng nam châm vĩnh cửu có nhiều cặp cực để giảm vòng quay định mức, thiết kế chun dùng cho lượng gió Ứng với vận tốc gió định mức kiểu dáng turbine ta tính số vòng/phút định mức turbine từ chọn loại máy phát có vòng quay định mức phù hợp Nếu làm khai thác hết hiệu suất máy phát từ làm tăng hiệu suất tồn hệ thống lên đáng kể - Nếu điều kiện gió có vận tốc thấp (dưới m/s) dùng turbine trục đứng, vận tốc gió cao (trên m/s) dùng turbine trục ngang Có nhiều quan điểm cho turbine trục đứng khơng hiệu so với loại trục ngang hiệu suất thấp ðiều khơng xét phương diện cơng suất nhỏ, giới có nhiều sản phẩm turbine trục đứng cơng suất nhỏ có hiệu suất cao Do cần có nghiên cứu sâu cấu trúc cánh liên quan đến khí động học cho turbine trục đứng điều kiện gió thấp Việt Nam Do thời gian hạn chế đề tài nên mơ hình chưa hồn thiện phận máy phát (generator), đề tài cần phát triển nghiên cứu để chế tạo máy phát dành riêng hệ thống turbine gió cơng suất nhỏ cho turbine kiểu Lenz2 có vòng quay định mức thấp Tài liệu [4] có cung cấp đầy đủ thơng tin để chế tạo máy phát cho Lenz2, nhiên từ lý thuyết đến thực nghiệm gặp nhiều khó khăn Cuối cùng, tơi xin kết thúc luận văn câu nói Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang 105 ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng William A Smith sau: “ Engineering is the science of economy, of conserving the energy, kinetic and potential, provided and stored up by nature for the use of man It is the business of engineering to utilize this energy to the best advantage, so that there may be the least possible waste.” [16] William A Smith, 1908 Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang 106 ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyen Khanh Q: ”Wind energy in Viet Nam : Resource assessment, development status and future implications” – Department of energy economics, Institude of Energy, Ton That Tung, Dong Da, Ha Noi Viet Nam – N0 notice refdoc (ud4):18436605 – http://cat.inist.fr/?aModele=affichN&cpsidt=18436605 [2] PGS.Tiến sĩ ðặng ðình Thống – Năng lượng tái tạo Việt Nam (Báo cáo khóa ðào tạo lượng gió ứng dụng, ðHBK TPHCM 1418/2008) - Trung Tâm Nghiên Cứu Năng Lượng Mới, ðại học Bách Khoa Hà Nội [3] T Forsyth and I Baring Gould - Distributed Wind Market Applications Technical Report NREL/TP-500-39851 November 2007- National Renewable Energy Laboratory 1617 Cole Boulevard, Golden, Colorado 80401-3393 303-275-3000 - www.nrel.gov [4] Lenz2 turbine: http://www.windstuffnow.com/main/vawt.htm [5] Gary L Johnson – “Wind Energy Systems” – Electronic Edition - October 10, 2006 [6] Chang, Professor L (2005) “ Advanced Topics in Enviromental Engineering Wind Power ” Ch University of New Brunswick Retrieved from http://www.ece.unb.ca/powereng/courses/EE6693/index.html in October, 2005 [7] The Viability of New Wind Power Technology in Vietnam Case study for a Demonstration Project- Asia EcoBest Project Report B - Published by SYNLIFT Systems GmgH - Rollbergstrasse 70 12053 Berlin Germany [8] GS TS Lê ðình Quang - Trung tâm KHCN Khí tượng Thuỷ văn Mơi trường – “Những dạng tài ngun khí hậu khả khai thác sử dụng lượng tái tạo Việt Nam” - Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT trang 263 [9] Igor Levi, Nathan Lott, Joe Pona - “Wind power on a small scale”- ME 340.1c-November 20th, 2006 [10].Jon DeCoste, Denise McKay, Brian Robinson, Shaun Whitehead, Stephen Wright – “MECH 4010 Design Project Vertical Axis Wind Turbine” Department of Mechanical Engineering, Dalhousie University, December 5, 2005http://poisson.me.dal.ca/~dp_05_2/Term%20Report%201st%20(Dec%205).p df Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang 107 ðề tài cấp trường: NC, TK TC mơ hình Máy phát điện gió trục đứng [11].Craig Donald Nicolson - ‘Development of a Ducted Wind Turbine’- Thesis in partial fulfilment of the degree of Master of Science in: Energy Systems and the Environment - Faculty of Engineering Energy Systems Division University of Strathclyde, Glasgow, 2004 [12].Urban Wind Turbines Technology review, A companion text to the Catalogue of European Urban Wind Turbine Manufacturers - Supported by The European Commission under the Intelligent Energy, Europe ProgrammeJuly 2005 [13].Neeraj Mittal – Investigation of Performance Characteristic of a Noval VAWT – MSc Energy Syatem and The enviroment – University of Strathclyde, Glasgrow – Chapter - James Weir Building,Montrose Street,Glasgow,G1 XJ,Scotland, U.K [14].Historical Wind Generators Machines – Professor Ragheb, Spring 2008 https://netfiles.uiuc.edu/mragheb/www/NPRE%20498WP%20Wind%20Pow er%20Systems/Wind%20Generators%20History.pdf [15].Nguyễn Chu Hồi người khác - Phân viện Hải dương học Hải Phòng - Quy hoạch, xây dựng khu bảo tồn biển Việt Nam http://hanoi.vnn.vn/chuyen_de/9811/duluan/bai_25.html [16].http://www.quotationspage.com/quote/27231.html [17].Wind Energy Explained Theory, Design and Application J.F.Manwell, J.G.Mcgowan and A.L Roger - University of Massachusetts, Amharst, USA JOHN WILEY &SONS, Ltd [18].WIND ENERGY HANDBOOK - Tony Burton Wind Energy Consultant, Carno, UK David Sharpe CREST, Loughborough University, UK Nick Jenkins UMIST, Manchester, UK Bossanyi Garrad Hassan & Partners, Bristol, UK [19].Renewable and Efficient Electric Power Systems - Gilbert M Masters Stanford University - A JOHN WILEY & SONS, INC., PUBLICATION Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang 108 S K L 0 [...]... 17 ðề tài cấp trường: NC, TK và TC mô hình Máy phát ñiện gió trục ñứng 0.4 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu trên mô hình vật lý và kiểm tra với các thi t kế tiêu chuẩn 0.5 Bố cục ñề tài Chương 0 : Giới thi u Chương 1 : Tổng quan Chương 2 : Lịch sử máy phát ñiện gió Chương 3 : Lý thuyết tính toán máy phát ñiện gió Chương 4 : Thi t kế mô hình và kết quả ño ñạt Chương 5 : Kết luận Trương Việt Anh - ðỗ... .88 Hình 4.11b: Sản phẩm sau khi chế tạo 88 Hình 4.12a: Mô hình 1 89 Hình 4.12b: Mô hình 2 89 Hình 4.12c: Mô hình 3 89 Hình 4.12d: Mô hình 4 89 Hình 4.12e: Mô hình 5 89 Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang 12 ðề tài cấp trường: NC, TK và TC mô hình Máy phát ñiện gió trục ñứng Hình 4.12f: Mô hình 6 89 Hình 4.13 và 4.14:... Bảng 4.2: Kết quả ño ñạt công suất ngõ ra máy phát ñiện gió mô hình 2, với Dynamo 12VAC, Không sử dụng bộ nhông , R=180(Ohm) vận tốc gió 2 và 3m/s 90 Bảng 4.3: Kết quả ño công suất ngõ ra máy phát ñiện gió mô hình 3, Dynamo xe ñạp 3W, tỷ lệ nhông 1:5, dây curoa, R=180(Ohm), vận tốc gió 2 và 3m/s 90 Bảng 4.4: Kết quả ño ñạt công suất ngõ ra máy phát ñiện gió mô hình 4, với ñộng cơ DC 24V,... R=180(Ohm), vận tốc gió 2 và 3m/s 91 Bảng 4.5: Kết quả ño công suất ngõ ra P của mô hình 5, với cuộn dây máy phát cỡ dây 0.18mm, quấn 1500 vòng, vận tốc gió u=3m/s 93 Bảng 4.6: Kết quả ño công suất ngõ ra P của mô hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.18mm, quấn 1500 vòng, vấn tốc gió u=2m/s 94 Bảng 4.7: Kết quả ño công suất ngõ ra P của mô hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.18mm,... Bảng 4.13: Kết quả ño công suất ngõ ra P của mô hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.25mm, quấn 1600 vòng, vấn tốc gió u=3m/s 98 Bảng 4.14: Kết quả ño công suất ngõ ra P của mô hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.25mm, quấn 1200 vòng, vấn tốc gió u=3m/s 98 Bảng 4.15: Kết quả ño công suất ngõ ra P của mô hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.25mm, quấn 800 vòng, vấn tốc gió u=3m/s... vòng, vấn tốc gió u=3m/s 94 Trương Việt Anh - ðỗ Anh Khoa Trang 9 ðề tài cấp trường: NC, TK và TC mô hình Máy phát ñiện gió trục ñứng Bảng 4.8: Kết quả ño công suất ngõ ra P của mô hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.18mm, quấn 1400 vòng, vấn tốc gió u=2m/s 95 Bảng 4.9: Kết quả ño công suất ngõ ra P của mô hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.18mm, quấn 1300 vòng, vấn tốc gió u=3m/s... Bảng 4.10: Kết quả ño công suất ngõ ra P của mô hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.18mm, quấn 1300 vòng, vấn tốc gió u=2m/s 95 Bảng 4.11: Kết quả ño công suất ngõ ra P của mô hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.18mm, quấn 1100 vòng, vấn tốc gió u=3m/s 96 Bảng 4.12: Kết quả ño công suất ngõ ra P của mô hình 5, với cuộn dây máy phát có cỡ dây 0.18mm, quấn 1100 vòng, vấn tốc gió u=2m/s... trường: NC, TK và TC mô hình Máy phát ñiện gió trục ñứng ñều hư hỏng và ngừng hoạt ñộng Vì vậy cần phải có một mô hình máy phát ñiện gió công suất bé ñộc lập dùng cho hộ gia ñình, công suất từ vài chục ñến khoảng 500 Watt Cấu trúc máy ñiện gió này phải thật ñơn giản, người dân có thể tự lắp ñặt với những vật liệu hiện có tại ñịa phương, chi phí cho một máy phát không quá 5.000.000 ñồng, mỗi tháng máy có thể... trường: NC, TK và TC mô hình Máy phát ñiện gió trục ñứng DANH MỤC HÌNH VẼ, ðỒ THỊ Hình 0.1: Hành tinh chúng ta còn bao nhiêu dầu? 15 Hình 1.1: Biểu ñồ tăng trưởng công suất lắp ñặt năng lượng gió năm .20 Hình 1.2: Biểu ñồ tăng trưởng công suất lắp ñặt trên thế giới ñến năm 2020 26 Hình 1.3: Biên ñộ dao ñộng công suất dự ñoán ở tất cả các phân ñoạn 27 Hình 2.1: Turbine gió ñầu tiên của... 38 Hình 2.2: Turbine gió thử nghiệm Poul la Cour tại Askov, ðan Mạch năm 1897 39 Hình 2.3: Turbine gió trục ñứng kiểu Savonius 39 Hình 2.4: Turbine gió trục ñứng Darrieus kiểu “Eole C” tại Cap Chat, Quebec 40 Hình 2.5: Cấu tạo turbine trục ñứng và trục ngang 42 Hình 2.6: Rô to Savonius có mặt cắt ngang hình chữ S .43 Hình 2.7: Nguyên lý khí ñộng học của cánh máy bay 44 Hình