BO GIAO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM
HUTECH
University
LE QUANG DUNG
Đề tài:
THIET KE HE THONG MAY PHAT DIEN GIO CONG SUAT NHO CHO HO GIA DiNH O NOI
Trang 2CONG TRINH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS NGUYÊN THANH PHƯƠNG
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 2l tháng 03 năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn Thạc sĩ gồm: TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 | TS VÕ HOÀNG DUY Chủ tịch
2_ | PGS TS NGUYÊN HÙNG Phan bién |
3 | TS DƯƠNG THANH LỎNG Phan bién 2
4 | TS DANG XUAN KIEN Uy vién
Trang 3TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
PHÒNG QLKH - DTSDH Độc lập — Tự do - Hạnh phúc
TP HCM, ngày tháng năm
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: LÊ QUANG DŨNG Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 17/08/1975 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV: 1341830004
I- Tên đề tài:
“THIET KE HE THONG MAY PHAT DIEN GIO CONG SUAT NHO CHO HO
GIA DINH O NOI CHUA CO DIEN LUGI QUOC GIA”
II- Nhiệm vụ và nội dung:
- Tính toán thiết kế đạng cánh turbine ở tốc độ gió thấp - Khảo sát phụ tải
- Khảo sát tốc độ gió
- Tính toán lựa chọn các thành phần của hệ thống - Mô phỏng và đánh giá kết quả
HI- Ngày giao nhiệm vụ: 18/08/2014
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: . - SH Hy
V- Cán bộ hướng dẫn: TS NGUYÊN THANH PHƯƠNG
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUAN LÝ CHUYEN NGANH
Trang 4LOI CAM DOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bế trong bất kỳ công trình nào khác
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc
Học viên thực hiện Luận văn
â-
Trang 5& LOI CAM ON
Trước hết, tôi xin chân thành cám ơn TS Nguyễn Thanh Phương, người thay da tan tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua dé tôi có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp này
Xin chân thành cảm ơn tất cá Quý Thầy, Cô đã từng giảng dạy tôi trong
suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại Học Công Nghệ TPHCM
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Cao Dang Kinh Tế - Kỹ
Thuật VINATEX TPHCM, bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện để tơi hồn thành luận văn này
Cuối cùng, tôi muốn cảm ơn thật nhiều đến cha mẹ, vợ, và những người thân
Trang 6TOM TAT
Ở Việt Nam có trên 3200 km chiều dài bờ biển nên rất thuận lợi cho việc phát
triển nguồn điện năng từ sức gió Theo thống kê của Ngân hàng thế giới, với 8,6%
diện tích đất đai (khoảng 28.000 km”) có tiềm năng gió được đánh giá tốt và rất tốt,
Việt Nam được coi là nước có tiềm năng lớn trong việc phát triển năng lượng gió Với tiềm năng phong phú đó, nếu biết tận dụng, có thể cung cấp một nguồn năng lượng dồi dào để phát triển kinh tế ở các vùng cao, vùng xa, vùng hải đảo, góp phần đáng kể trong việc cân bằng hệ thống năng lượng của quốc gia trong tương lai
Bên cạnh các các cỗ máy phát điện gió cỡ lớn thì các máy phát điện gió phân tán cỡ nhỏ dùng cho hộ gia đình, cụm dân cư cũng đang được áp dụng rất thành công trên thế giới Các máy phát điện cỡ nhỏ có ưu điểm hơn so với loại cỡ lớn là
có thé vận hành ở điều kiện gió thấp
Các máy phát điện gió độc lập cỡ nhỏ cung cấp nguồn năng lượng tái sinh,
sạch, chủ động cho hộ gia đình, nông trại, hải đảo, tàu thuyén, `
Với những lý do trên, luận văn tập trung nghiên cứu thiết kế hệ thống máy phát điện sử dụng năng lượng gió trục đứng công suất nhỏ Kiểu turbine trục đứng,
cánh Lenz2 trong để tài này có thể vận hành tốt ở những điều kiện gió không lý
tưởng, giá thành thấp, dé lắp đặt, bảo dưỡng và có thể chế tạo bằng các nguồn
Trang 7ABSTRACT
Vietnam have over 3200 km of coat line ought to who consent very much advantage for electric power development from wind force According to
notification of world bank, with 8,6% of the land area (about 28.000 km’) have
wind potential experience good and excellent, Vietnam is big potential country in develop wind power With those abundantly potential, if known is salvage, can provide a abundantly power source for economic development in uplands, far region, island region, contribute considerable in balance electrical energy system's of country in the future
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 They also provide jobs and contribute to energy security for homes, farms,
islands, ships,
Trang 8MUC LUC PHAN MO DAU
1 HOAN THANH CONG TRINH
NHIEM VU LUAN VAN THAC Si
LOI CAM DOAN LOI CAM ON TOM TAT MUC LUC
DANH MUC CAC TU VIET TAT
8 DANH MUC CAC BANG, BIEU BO, DO THI, SO DO, HINH ANH
PHAN NOI DUNG Chương 0: MỞ ĐÀU aa YF YON I TÍNH CÁP THIẾT CỦA ĐÈ TÀI 2-22 522S22EE2E2EEESEEEEEEkevreecrrrrrree I8 10/9891200n HI PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2-52227-+ccccezvrcet a IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU -52-52222222222211221E21ctctrrrrrer
V BÓ CỤC CỦA LUẬN VĂN Chuong 1: TONG QUAN
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoải nước - s-cc-++ 1.1.1 Tình hình nghiên cứu điện gió trên thể giới c cccccecs 1.1.2 Tình hình nghiên cứu và phát triển điện gió trong nước - 1.1.3 Sử dụng năng lượng gió công suất nhỏ . 2 s7czcseecxecez
cổ “ ':ê 1.2.1 Hệ thống điện gió không kết nỗi lưới
(Off-Grid Wind-Electric ŠYS€IS) ch Hiện
1.2.2 Hệ thống điện gió kết nối lưới không có acqui (Batteryless Grid-
Tied Wind-Electric Sysfem) LH ke
1.2.3 Hệ thống điện gió kết nối lưới có acqui dự phòng (Grid-Tied
Wind-Electric System with Battery Backup)_
Trang 91.2.4 Hệ thống bom trữ năng (Direct-Drive Batteryless Wind-Electric R90 5 10 1.3 Các thành phần của hệ thống máy phát điện gió - 2-5-5225: 11 Inne ii 2n 13 1.3.2 bì n2 0n 14 IExcui) - , 18 1.3.4 Bộ điều khiển -2¿©22+222222221222211211122111 2.111.111.111 cie 20 I6 SN: 0h h6 = ,ÔỎ 21 1.3.6 BO SAC ACQUE na 22 1.3.7 BO D161 Aico 43}Ÿ4 L 22 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYÉT 2.1 Nang WOM 24
2.2 Hiéu suat turbine s 27
2.2.1 Tỉ số tốc độ đỉnh (Tip Speed Ratio viết tắt TSR) 27
2.2.2 Tính hiệu suất turbine theo TSR và œ bằng phương pháp lặp 30
2.2.3 Góc Pitch ( ÿ) 222- 22 22222122211212111121111221 1121121121.11 11x 32 2.2.4 Góc tới (Angle of attack), y HH TH KH ngư 33 2.3 Hiệu suất truyền động -2¿©222 22222 222112211211117110111 111.1112111 re 34 2.4 Hiệu suất máy phát -scsL*2 x2 1213211211211 1110711211111 11 111x111 rrrei 36 2.5 Hiệu suất hệ thống :-s 2 + s2 12c E111222721212112222122211122.1.022 re 39 2.6 Cánh tuabin -ị ¬ 39 2.7 Mối quan hệ giữa độ cao và tốc độ gió - 52 2cccrt2cv2tEctrkrrrrerrrerrreee 40 2.8 Các thành phần của turbine gió . 2 22222c22222222222211122221122121211222-21 Xe 4I 3.9 Công suất định mức và vận tốc gió định mức . -+c++cszevcxrcczee 42 2.10 Vận tốc gió ngưỡng vào (Cut-in wind 0 43
2.11 Vận tốc gió Cuf-Outt ¿2s ScctTH211021 01121111 0112112121121111211111 1x re 43
2.12 Mỗi quan hệ giữa các thông sỐ :- 2-52 tt x22 2211221212121 xe 44
Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THÓNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ CÔNG SUAT
Trang 103.1 Téng 001 47
3.2 Các thông số 2 st 2k2 111711 1211221111111211102112111111121112112211211 E12 ye 47 3.2.1 Tốc độ gió tại khu vực Khao Sat eeccceeccsessseeesseesssseessseessucesseesenseensvess 47
3.2.2 Đồ thị phụ tải đặc trưng cho hộ gia đình trong vùng khảo sát 50
3.3 Thiết kế tính toán hệ thống điện gió qui m6 nhO c.ccccescssseeessseecssseeessseeeseeeeee 52 3.3.1 Chọn mô hình hệ thống phát điện 22: ©ccccceezcreerrkecvee 52 3.3.2 Chọn chiều cao trụ đỡ turbine gió 22cc©cceccrcecrrkerrrkerrrkeee 53
E19 34
3.3.4 Chọn và tính toán thiết kế kiểu cánh turbine gió -ccccccccccev 55 3.3.5 Chọn và thiết kế bộ điều khiển dò điểm hoạt động có công suất cực đại
(Maximum Power Point Tracking — MPPT) Làn HH ek, 61 3.3.6 Chọn bình acqui cho hệ thống . - 2-22 22sSE2cEzcerrrerkrrrrkerrkee 70
3.3.7 Chọn mạch sạc cho bình acQui - n1 ng re 71
Chuong 4: MO PHONG VA KET LUAN nh án 4 .ÔỎ 76 nhấn nh 76 4.1.2 Kết quả mô phỏng .-¿- 22-5225 SEE2SEE22XEEEEEEEEEEEEEEEkrELrrrkrrrkee 76 In ô‹ na “4 77 `) 79
4.3 Kiến nghị và những nghiên cứu tiếp theo -2-222sSvEeeEExEErrkrrrrrkree 79
Trang 11DANH MUC CAC TU VIET TAT
P : Céng suat
Py : Cong suất thu được từ gió
Pout : Cong suất ngõ ra
P, : Công suất ngõ ra máy phát (công suất điện)
P¿¿ : Công suất điện định mức ngõ ra
P, : Công suất ngõ ra hệ thống truyền động
Piz: Cong suất cơ định mức ngõ vào
P„ : Công suất cơ
Por: Cong suất cơ định mức V: Vận tốc gió (m/s) A : Diện tích cắt ngang của khối khí đi qua, don vi la m p : Mật độ không khí, don vi kg/m3 T7: Nhiệt độ Kelvin P: Áp suất
Œ, : Hiệu suất của turbine
Cpr : Hiệu suất turbine ở vận tốc gió định mức
Tìm : Hiệu suất truyền
Tìm : Hiệu suất truyền ở vận tốc gió định mức
nạ : Hiệu suất máy phát
Ner : Hiệu suất máy phát ở vận tốc gió định mức No: Téng hiệu suất định mức của hệ thống
VAWT: Vertical Axis Wind Turbine: Turbine gió trục đứng HAWT : Horizontal Axis Wind Turbine: Tuabin gió trục ngang
u„ : Vận tốc định mức của turbine
r„ : Bán kính quay cực đại turbine đơn vị là m œ„ : Vận tốc góc co cua turbine, đơn vị là rad/s (ạ„ : Vận tốc quay tối ưu của rôto
Trang 12B : Géc Pitch
Aopt : TSR téi uu
y : Góc tới
n: Tốc độ quay (rotational speed), đơn vị vòng/phút
t„ : Thời gian gió xáo động khi qua cánh trở về bình thường
ty : Thời gian cần thiết để cánh phía sau quay với vận tốc œ đến vị trí trước đó s : Độ dài của luồng gió động từ trước tới sau cánh rôto
Ta; : Momen quán tính của rotor lên trục quay ÁNg : Số cánh quạt Pp : Tỷ trọng vật liệu làm cánh quạt +; : Độ đài cánh quạt Wp : Độ rộng của cánh quạt: Tp; : Độ dây của cánh quạt r: Bán kính q : Số tầng bánh răng MW : Megawatt GW : Gigawatt x: D6 day khối khí, đơn vị m U : Dong nang
dị : Đường kính khối khí di chuyển bam đầu
u¡ : Vận tốc ban đầu
Trang 13PSF (Power Signal Feedback) : Diéu khién giá trị công suất trả về
HCS (Hill-Climb Search) : diéu khién leo di
MPPT (Maximum Power Point Tracking): b6 diéu khién dé diém hoat déng cé
công suất cực đại
Trang 14Bang 1.1: Bang 2.1: Bang 2.2 : Bang 2.3 : Bảng 2.4 : Bang 3.1: Bang 3.2 : DANH MỤC CÁC BẢNG
Quốc gia lắp đặt năng lượng gió lớn nhất thế BIỚI ST eằ 4 Hiệu suất turbine ứng với từng kiểu khác nhau 2-5255: 32
Tỷ lệ máy điện gió cỡ nhỏ với các vận tốc gió định mức thông dụng 43 Tỷ lệ máy điện gió cỡ nhỏ với các vận tốc cut-in thông dụng 43 Tỷ lệ % máy điện gió cỡ nhỏ với các vận tốc Cut-out thông dụng 44
Thống kê thiết bị điện sử dụng trong 1 hộ gia đình đặc trưng 51
Trang 15DANH MUC CAC BIEU DO,DO THI,SO DO,HINH ANH
Hinh 1.1: Téng cng suat gid trén toan thé gid esccccesccssssscssssececsssseesssssssecssssseeee 4
Hình 1.2 : Sơ đồ hệ thống điện gid khong két ndi LUGE oo eececccseeccseccssecsssecssseceeseeeose § Hình 1.3 : Sơ đồ hệ thống điện gió kết nối lưới không có acqui -:: ọ Hình 1.4 : Sơ đồ hệ thống điện gió kết nối lưới có acqui dự phòng 10
Hình 1.5 : Sơ đồ hệ thống bơm trữ năng - 22++ccc+.22E2EEEc22EEeE te 11 Hình 1.6 : Hệ thống điện gió tổng quát :- 222 v2ct2E22111122212111ccrree 12 Hình 1.7 : Sơ đồ hệ thống điện gió độc lập kết hợp acqui -ccc-¿ 13
Hình 1.8 : Các dạng cánh turbine gió trục đứng THẾ HH TH TH gi, 13 Hình 1.9 : Dạng cánh quạt gió cho trục ngang thời cổ có tốc độ gió thấp 14 Hình 1.10 : Dạng cánh cho turbine truc ngang với tốc độ gió > 5m/4s 14 Hình 1.11 : Mô hình cánh cho máy phát trục ngang và trục đứng . 15 Hình 1.12 : Kiểu cánh dạng Lenz2 cải tiến từ dạng cánh Sovonious và Darrieus I8
Hình 1.13 : Tháp thẳng đứng kết hợp dây chằng -2s222ccct222112EceEErreca 19
Hình 1.14 : Tháp đỡ turbine gió độc lap cecccesesscecsessesssesteusscecaesverensansesasaces 20
Hình 1.15 : Đường cong MPP cà nàn S 1212321132101 0 T111 TH 1g 121 xe 21 Hình 1.16 : Hệ thống bình điện sử dụng tích điện cho hệ thống 5 22
Hình 2.1 : Năng lượng của khối khơng khí .-¿-©2s52s22S22 2E E2E2225522252Excec 24
Hình 2.2 : Biễu diễn luồng khí thôi qua một turbine gió lý tưởng 25
Hình 2.3 : Hiệu suất turbin là hàm theo TSR 52-252 S2ESE 2E nen 28
Hình 2.4 : Lưu đồ giải lặp để tìm C,, -222ccc2c222211111ccC.erre 31
Hình 2.5 : Định nghĩa “góc pitch” và “góc tỚi” Y cc.SS2S tr rrreccec 33 Hình 2.6 : Hiệu suất từng phần của toàn hệ thống -¿-c2ccccrkcecreerrrrkcvee 34
Hình 2.7 : Hiệu suất truyền ứng với 1, 2, 3 tầng bánh răng -.2. 2ccczcc+ 35
Hình 2.8 : Hiệu suất máy phát ứng với ba cỡ máy . - St se S sec 38 Hình 2.9 : Độ vững rôto theo TSR - 5 5 c2 2.12111112111151 1E cee 40 Hình 2.10 : Các thành phần của turbine 0 41
Trang 16Hinh 3.1 : Đồ thị tốc độ gió trung bình từng tháng tại độ cao 10m 48
Hình 3.2 : Đồ thị tốc độ gió trung bình theo mùa tại độ cao 10m 49
Hình 3.3 : Biểu đồ tốc độ gió trung bình từ tháng 11 —4 tại độ cao 10m 49
Hình 3.4 : Biểu đồ tốc độ gió trung bình các tháng 5 — 10 tại độ cao 10m 50
Hình 3.5 : Phụ Tải trung bình chung - 2n tre 51 Hình 3.6 : Đồ thị phụ tải của hộ dic trumg sceecceecccceessseessssessssseescseveesseseessessseeeen 52 Hình 3.7 : Sơ đồ khối hệ thống phát điện gió trữ năng bằng acqui 52
Hình 3.8 : Các dạng trụ d& turbine 216 occ ccescssesesessesescsesenesesesesescerseneessssseaeae 33 Hình 3.9 : Hệ thống dây néo trụ đỡ turbine 5077 .ơƠ 34 Hình 3.10 : Lưu đồ thiết kế thông số cánh turbine 2- c2 2zx+z2czvvzzxeẻ - Hình 3.11 : Hình chiếu bằng của cánh turbine gió 2 sec ccrcerxeerrrrcre 59 Hình 3.12 : Khung xương cánh turbine - 5< t 2 S2 + 2x23 se cràc 59 Hình 3.13 : Hình chiếu bằng khi c6 xuong CAM esc ceecseccsseessseesssecssesseseseasecessees 60 Hình 3.14 : Kiểu cánh khi hoàn thiện -2 222cc S211 1221111 012111 1.1E1eeEre 60 Hình 3.15 : Đặc tuyến công suất theo tốc độ quay furbine «c«cxecessree 61 Hình 3.16 : Mạch Boost Lá HQ HH HH HT HH HH HH na 62 Hình 3.17 : Mạch Buck 5 LH nHH HH nK HH TT Hàng HT HT TT ngư 62 Hình 3.18 : Mạch Sepic - .c LH tk HH HH g2 T10 11H 1E HH 62 Hình 3.19 : Mạch nâng hạ áp - -Á- SH HH TH HH HT 12 1c rryy 63 Hình 3.20 : Mạch Cuck - scscsnHx TT HH TT TT g1 T111 1011121 reo 63 Hình 3.21 : Hệ thống điện gió có điều khiển hỏi tiếp tốc độ gió 64
Hình 3.22 : Hệ thống điện gió có điều khiển hồi tiếp tốc độ quay 64
Hình 3.23 : Lưu đồ giải thuật HCS 22 2c E1 221 21111221121112.121121 1E ee 65 Hình 3.24 : Kết quả mô phỏng phương pháp PÁ&O Ú QQ TH 66 Hình 3.25 : Đặc tuyến MPP của năng lượng gIÓ - 6S: cSn sen s se 67 Hình 3.26 : Phương pháp dò điểm công suất cực đại -s-c2vcccrseszrvr 68 Hình 3.27 : Lưu đồ giải thuật hệ thống dò điểm công suất cực đại 69
Hình 3.28 : Qui trình nạp 2 giai đoạn . 1 t2 v2 2222110111210 1e ke 72
Trang 17Hình 3.30 : Lưu đồ mạch sac acqui 3 giai Goan .cccecccessseccssecscsseesseesssesssseessseseeees 75
Hình 4.1 Công suất ngõ ra với tốc độ gió 4,51m/s -©:s++z+2Ett2Exevrxesrrvee 76 Hình 4.2 Công suất ngõ ra với tốc độ gió 2,5 5m/s -¿2ccccrerzrvsrrreecee 77 Hình 4.3 Công suất ngõ ra với tốc độ gió 4 Im/s 2-©+scte+teeEerrerrrrrrerrree 77
Trang 18MO DAU I Tinh cap thiét của đề tài
Nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân nhất là những người dân vùng -
sâu, xa, hải đảo là một trong những chính sách cốt lõi của Việt Nam hiện nay Do
vậy cần phải cung cấp điện năng cho tất cả các vùng miền ở nước ta hiện nay
Trong năm 2014 chúng ta đã kéo điện lưới quốc gia cho huyên đảo Phú Quốc và
huyện đảo Lý Sơn Sáng 26-4-2014 tại Hà Nội, Bộ Công Thương tổ chức hội nghị
trực tuyến toàn quốc tổng kết 15 năm sự nghiệp điện khí hóa nông thôn Việt Nam
Theo báo cáo tổng kết, EVN đã hoàn thành xuất sắc vai trò chủ đạo trong việc đầu
tư lưới điện quốc gia cho khu vực nông thôn nâng tỷ lệ số xã, hộ dân có điện lưới từ năm 1998 là 6.673/8.885 xã (đạt tỷ lệ 75,1%) và 7,1I1/ 11,384 triệu hộ dân nông thôn (tỷ lệ 62,5%) đến cuối năm 2013 Có 9.002/9.086 xã có điện lưới (đạt tỷ lệ 99,08%) và có 16,225/16,620 triệu hộ dân nông thôn có điện lưới (tỷ lệ 97,62%).”1
Tuy nhiên theo báo cáo trên thì vẫn còn khoảng 395.000 hộ dân chưa có điện lưới quốc gia, chủ yếu tập trung ở khu vực vùng sâu, xa, hải đảo, miền núi Do vậy
nhu cầu về cung cấp điện cho các hộ gia đình tại những nơi chưa có điện lưới quốc
gia là một vấn đề cấp thiết để nâng cao đời sống của người dân
Ngoài ra Việt Nam có trên 3200 km chiều đài bờ biển nên rất thuận cho việc
phát triển nguồn điện năng từ sức gió Theo thống kê của ngân hàng thế giới, với
8,6% diện tích đất đai (khoảng 28.000 km”) có tiềm năng gió được đánh giá tốt và
rất tốt, Việt Nam được coi là nước có tiềm năng lớn trong việc phát triển năng lượng gió Với tiềm năng phong phú đó, nếu biết tận dụng, có thể cung cấp một nguồn năng lượng dồi dao dé phat triển kinh tế ở các vùng cao, vùng xa, vùng hải đảo, góp phần đáng kể trong việc cân bằng năng lượng trong tương lai của hệ thống điện quốc gia
Trang 19II Muc tiêu
Để các máy phát điện gió cỡ lớn hoạt động hiệu quả, thì các máy này phải được đặt tại những nơi có gió mạnh Ngay cả tại Phú Quốc — Kiên giang là nơi được đánh giá là có tiềm năng gió tốt mà vẫn không phát triển được năng lượng gió trên
bình điện rộng, qua tìm hiểu tài liệu khảo sát tại Sở Công Nghiệp Kiên giang được
biết tại Phú quốc chỉ có một điểm duy nhất có thể lắp đặt được máy phát điện gió công suất lớn, còn các nơi khác tại Phú Quốc đều có chế độ gió không đạt yêu cầu Tại Rạch Giá vận tốc gió trung bình khoảng 4m/s Những mô hình điện gió công suất bé tại Việt Nam cũng chưa thật sự thuyết phục, bởi vì cấu trúc phức tạp giá thành cao, người dùng không thể tự bảo quản được nên sau một thời gian hoạt động đều hư hỏng và ngừng hoạt động
Vì vậy cần phải có một mô hình máy phát điện gió công suất bé độc lập dùng
cho hộ gia đình, công suất từ vài chục đến khoảng 500 Watt Cấu trúc máy điện gió
này phải thật đơn giản, chỉ phí cho một máy phát phù hợp với thu nhập ở nông thôn, mỗi tháng máy có thể cung cấp lượng điện năng khoảng từ 30 đến 60 kWh đủ cho như cầu chiếu sáng và các tiện nghi đơn giản khác
Mục tiêu của đề tài là đưa ra một hệ thống máy phát điện trục đứng công suất bé dùng cho các vùng ở những nơi miền núi, hải đảo có tốc độ gió tương đối thấp
( trung bình 4m⁄s)
Canh kiéu Lenz2 do Ed Ward phat trién nam 2005"), day 1a loại cánh cải tiến
từ kiểu Darieuss và Venturi vừa nâng vừa kéo, thích hợp với điều kiện gió thấp, tỉ số TSR tối ưu bằng 0,8 Hiệu suất tối ưu ứng với TSR = 0,8 là 39% Máy có thể phát điện với vận tốc gió từ 1,6m⁄s trở lên
Trang 20IIL Phạm vi nghiên cứu
Do giới hạn về thời gian và điều kiện nghiên cứu nên để tài chỉ giới hạn trong
các vấn đề sau:
- Khảo sát phụ tải của 1 hộ gia đình đơn lẻ vùng hẻo lánh - Nghiên cứu và thiết kế dạng cánh với tốc độ gió thấp
- Khảo sát tốc độ gid tại l vùng đặc trưng
- Tính toàn lựa chọn các thành phần của hệ thống
- Mô phỏng
IV Phương pháp nghiên cứu:
- Thu thập tài liệu liên quan đến các vấn đề nghiên cứu - Nghiên cứu về năng lượng gió trên thế giới và ở Việt Nam
- Tìm hiểu về số liệu gió ở một vùng đặc trưng
- Đo công suất phụ tải một hộ gia đình đặc trưng trong | tuần
- Tính toán, xây đựng trạm phát điện gió để cung cấp điện cho hộ gia đình ở
vùng này
- Đánh giá thông qua mô phỏng
V Bố cục của luận văn
Chương 0: Mở đầu Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Thiết kế hệ thống máy phát điện gió công suất nhỏ cho hộ
Trang 21CHUONG 1: TONG QUAN
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu điện gió trên thế giới
Sau cuộc khủng hoảng năng lượng đầu thập niên 70, nhiều nước trên thế giới đã điều chỉnh chính sách năng lượng hướng về các nguồn năng lượng mới và năng lượng tái tạo Trong đó ở một số nước thì năng lượng gió được đánh giá như một nguồn năng lượng có thể đóng góp một phần đáng kể trong cân băng năng lượng quốc gia
Các máy phát điện sử dụng sức gió ngày được sử dụng nhiều ở các nước châu Âu, Mỹ Đặc biệt sau thảm họa Chernobyl (Ukraine 1986), và gần đây là Fukushima (2011) đã tạo nên những cuộc đấu tranh đòi hủy bỏ các nhà máy điện nguyên tử Các chính trị gia cũng đang đặt những câu hỏi lớn vào độ an toàn của nhà máy điện hạt nhân Năng lượng gió đang dần được các quốc gia quan tâm một cách đúng nghĩa
T1 ong cong suất lắp đặt và số lượng động cơ gió được lắp đặt trên thế giới:
Từ năm 1991 trở về trước, Mỹ luôn là quốc gia dẫn đầu về tổng công suất lắp dat tuabin gid, riêng ở bang Califonia (1991) số lượng các turbine gió được lắp đặt
là 16387 cái và tổng công suất là 1697 MW Nhưng cho đến nay châu Âu đã vượt
qua Mỹ về công suất lắp đặt và đang có xu hướng phát triển mạnh mẽ
Toàn thế giới hiện nay đang có hàng ngàn turbine gió đang hoạt động, và tổng
công suất 194.000 MW Công suất điện gió thế giới tăng hon gdp 4 lần giữa năm 2000 và 2006, gấp đôi mỗi 3 năm một lần
Trang 22Tay Ban Nha 20.676 Án Độ 13.066 Ỷ 5.797 Pháp 5.660 Anh 5.204 Canada 4.008 Đan Mạch 3.734 World Total Installed Capacity [MW] 250.000 200.000 150.000 100.000 50.000 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Hình 1.1 Tổng công suất gió trên toàn thể giới
Từ những năm 1980, các hãng sản xuất động cơ gió trên thế giới mới chỉ sản xuât được các động cơ gió có đường kinh bánh xe gió là 20m (100kW), sau đó phát triển lên đến 40m (500kW) Đến đầu những năm 1990 mới bắt đầu xuất hiện
khoảng 14 động cơ gió với đường kính cánh 50m (750kW) đến 80m (3000kW)
Tuy nhiên những mẫu này chỉ mang tính thử nghiệm
Sau hơn 25 năm phát triển công nghệ tuabin gió, cho đến nay các hãng sản xuất của Đan Mạch, Đức, Mỹ, Hà Lan, Tây Ban Nha, đã đưa ra thị trường
Trang 231.1.2 Tình hình nghiên cứu và phát triển điện gió trong nước
Đầu thập kỷ 80 của thế kỷ 20, đã có chương trình năng lượng mới của nhà nước, chủ yếu tập trung nghiên cứu khí hậu năng lượng gió Những năm 90, trung tâm nghiên cứu thiết bị và nhiệt và năng lượng tái tạo thuộc trường đại học đã nghiên cứu việc sử dụng năng lượng gió để phát điện, bơm nước, ca nô chạy bằng sức gió Cụ thể những dự án điển hình như sau:
e© Đề tài cấp nhà nước: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo động cơ gió —- bơm nước cột áp cao” - 199]
e- Đề tài cấp nhà nước: “Động cơ gió phát điện tốc độ chậm” - 1992
e_ Đề tài cấp nhà nước: “Nghiên cứu khả năng khai thác và sử dụng năng lượng gió khu vực miền núi và hải đảo phía nam”
® Dựán P cấp nhà nước: “Dây chuyền chế tạo Động cơ gió phát điện công suất
nhỏ sạc bình accu”-1094
® DựánP cấp nhà nước “Động cơ gió trục đứng cánh mềm” 1994-1995
e - Và một số dự án cấp bộ và Thành Phố
Tuy nhiên, những dự án gió vẫn chưa là tâm điểm và được các nhà nghiên cứu đầu tư đúng mức nguyên do một phần không kém quan trọng là sự trợ giá điện dẫn
đến vấn đề khấu hao và đầu tư cho năng lượng gió chưa thể phát triển mạnh ở Việt
Nam
Đến cuối thế ký 20 đã có một số dự dán điện gió với công suất lớn được lắp
đặt như 20MW tại Khánh Hòa do công ty Ventis (CHLB Đức) đầu tư dưới dạng
BOT (1996) Dự án 30MW tại Bình Định do công ty Tomen (Nhật Bản) đầu tư (1999) và một số dự án khác tại Quảng Trị, Bình Định, Ninh Thuận, đăng kí trong chương trình năng lượng sạch
Theo thống kê của Bộ Công Thương, hiện nay cả nước có 21 dự án điện gió
tại Bình Thuận, Ninh Thuận, Lâm Đồn và Bắc Trung Bộ (7Jeo báo cáo thống kết
vỀ năng lượng gió trên thế giới năm 201 0)
Nhà máy điện gió Bạc Liêu cho biết, ngày 29/9/2011 tuabin điện gió đầu tiên
Trang 24trương hoàn thành dự án, diện tích 500ha tại ấp Biển Đông, xã Vĩnh Trạch Đông,
Tp Bạc Liêu, công suất thiết kế là 99 MW, điện năng dự kiến sản xuất 310 triệu
kWh/năm Dự án lắp đặt 66 trục turbine gió và công suất mỗi turbine là 1,5 MW
Lắp đặt một trạm biến áp 22/110 kV và đường dây đấu nối với lưới điện quốc gia
Tổng đầu tư dự án 4500 tỷ đồng, dự kiến hoàn thành vào năm 2012
Từ những tài liệu khảo sát cho thấy hiện nay ngành công nghiệp năng lượng gió chủ yếu tập trung vào 7 phân đoạn thị trường tiềm năng nhất như sau:
® Loại cỡ nhỏ hoạt động độc lập dùng cho vùng hẻo lánh không có lưới điện quốc gia
e Loại độc lập có nối lưới dùng cho nhà riêng có lưới điện quốc gia
e_ Hệ thống gió đùng cho tưới tiêu
e Hệ thống nước dùng khử muối trong nước
® Loại cỡ trung dùng cho cụm dân cư nhỏ
se Hệ thống gió — Diesel nối lưới
e Trang trại gió, công ty khai thác và kinh doanh điện gió 1.1.3 Sử dụng năng lượng gió công suất nhỏ
Hiện tại nước ta đang xảy ra hiện tượng thiếu điện ở mùa khô, do đó việc
phủ lưới điện quốc gia tới những khu vực thưa dân cư như khu vực ven biển, miền núi, hải đảo là chưa thể trong nhiều năm tới Việc ứng dụng năng lượng gió công suất nhỏ tỏ ra phù hợp với những vùng có điều kiện thời tiết đầy tiém năng này
Đây chính là một lý do được các nhà khoa học Việt Nam theo đuổi
Thông thường những vùng sử dụng năng lượng gió công suất nhỏ là những
vùng có thu nhập thấp vì vậy chúng ta phải tìm ra phương án khả thi về chỉ phí đầu
tư, vận hành và bảo trì cho những trạm phát điện như thể này Vì theo kinh nhiệm và thông tin thì hầu như những trạm điện nhỏ lẻ chế tạo do những nhóm nghiên cứu của Việt Nam thì ngưng vận hành trong thời gian rất ngắn sau khi nghiệm thu
Thông qua luận văn này tôi tập trung vào việc nghiên cứu những phần nào
chúng ta có thể, còn lại những thiết bị nào cân thiết chúng ta vẫn phải phụ thuộc vào
Trang 25những nguyên vật liệu có sẵn tại Việt Nam để giảm giá thành nhất cho hộ sử dụng
Với công suất thiết kế 50W Hệ thống phát điện gió này đủ cung cấp cho nhu cầu
chiếu sáng và các tiện nghi đơn giản khác của những hộ dân tiêu thụ riêng lẻ của
vùng miễn hẻo lánh, hải đảo 1.2 Hệ thống điện gió
1.2.1 Hệ thẳng điện gió không kết nối lưới (Oƒÿ-Grid Wind-Electric Sysfems)
Năng lượng do turbine gió phát ra sẽ được nạp vào acqui để dự trữ, khi acqui day thi controller sé tu động chuyền toàn bộ năng lượng sang dumpload (tải tiêu thụ dự phòng) để tránh acqui nap day qua sẽ gây hư hỏng acqul
Note This ts » simpiitied diagram, showing only major system components
Hình I.2 Sơ đồ hệ thông điện gió không kết nói lưới !? e Uw điểm: mô hình này thường được sử dụng phổ biến hiện nay do đễ lắp đặt,
thích hợp cho những vùng đổi núi, vùng xa không có lưới điện truyên tới
Trang 261.2.2 Hệ thống điện gió kết nối lưới không có acqui (Bafterpless Grid-Tied
Wind-Electric System)
Day là môi hình thân thiện với môi trường do không sử dụng các acqui axit chi gây ô nhiễm môi trường Năng lượng do turbine gió phát ra sẽ được nỗi với lưới
điện địa phương thông qua bộ kết nối lưới (Grid Tie inverter) Nói cách khác, khi
không sử dụng điện thì hộ gia đình sẽ bán điện do turbine gió phát ra cho công ty điện lực địa phương Khi hộ gia đình cần sử dụng điện thì sẽ mua điện từ công ty điện lực Lưới điện địa phương được xem như một bộ dự trữ năng lượng cho turbine gió Ko ? OO) k “v XS vi on’ lv 4z oo Feeoe To Household Loads
Hình 1.3 Sơ đồ hệ thông điện gió kết nối lưới không có acqui ©! ® Uu điểm: Ít gây ô nhiễm môi trường, giảm được chỉ phí đầu tư cho acqul © Nhược điểm: Giá bán điện hiện nay của turbine gió còn khá cao -> khó
Trang 2710
1.2.3 Hệ thông điện gió kết nỗi lưới có acqui dự phòng (Grid-Tied Wind-Electric
System with Battery Backup)
Đây là dạng kết hợp cả 2 dang trên, vừa có kết nối lưới điện, vừa có dự trữ
acqul dự phòng
® Ưu điểm: Mô hình này có tính liên tục cung cấp điện cao, khi lưới điện địa phương bị gián đoạn thì tải tiêu thụ sẽ sử dụng năng lượng từ acqui dự phòng © Nhược điểm: chi phi lắp đặt cao
Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống điện gió kết nói lưới có acqui dự phòng ©! 1.2.4 Hé thong bom trit nang (Direct-Drive Batteryless Wind-Electric System)
Turbine gió dạng nảy là loại nhiều cánh đóng vai trò như một máy bơm nước
Nước sẽ được bơm lên dự trữ trên hỗ cao, sau đó khi cần phát điện, nước sẽ được cho chảy xuông qua một máy phát điện Thế năng của nước sẽ làm quay máy phát
Trang 2811 Sadan ona | birong RAL - warnriteg pat | Semiclosed wind turbine “a a Nm râi nrx|
[ tree san url
- “Tutine Tus cién | | t9 near inter, a ihrgc®s 3% dc, nộ 29x tee | ™e
Hinh 1.5 Sơ đồ hệ thống bơm trữ năng 7!
° Uu điểm: thân thiện với môi trường, giảm thiểu được chỉ phí đầu tư ban đầu So với các mô hình khác
© Nhược điểm: giá thành xây dựng hồ chứa khá lớn
Mô hình này chỉ thích hợp những vùng có địa thế đổi núi tự nhiên thuận lợi,
chung cư, nhà cao tầng Duyên hải miền Trung Việt Nam có nhiễu đổi cát lớn nên rat thich hop để xây dựng loại mô hình này
1.3 Các thành phân của hệ thống máy phát điện gió
Hệ thống năng lượng gió là hệ thống các thiết bị chuyển đổi cơ năng của g10
Trang 2912
thống năng lượng gió gồm có động cơ điện một chiều, cánh quạt gió, trụ và cột, bộ
phận biến đổi điện thích hợp với bình acqui và bộ nghịch lưu để đổi sang dòng điện
xoay chiều Phần lớn điện từ máy phát điện gió được hòa nhập vào lưới điện quốc
gia vừa giản tiện, vừa giảm giá điện Tuy nhiên điện từ máy phát điện gió cũng có thể tồn trữ trong bình acqui để sử dụng trong phạm vi, ứng dụng nhỏ cho những nơi
xa thành phố hoạt động trên những cụm riêng lẻ độc lập N May phat turbine gid Tháp Bộ điều khiển Bộ nối lưới + +
Hình 1.6 Hệ thông điện gió tổng quát
Một hệ thống sử dụng năng lượng gió nhỏ thường hoạt động độc lập và bao
Trang 3013 Đ> ` 7 \ ‡Ì,- Sado) — ` V be F fe | AATTERY F MAY PHAT BỘ ĐIFU KHIỂN | TURBINE Ậ { ị oC \ = —
BO NGHICH LUY TAL
Hình 1.7 So đồ hệ thông điện gió độc lập kết hop acqui
1.3.1 Cảnh quạt gió
Cấu tạo của các cánh quạt gió cũng khác nhau về cơ bản và phụ thuộc vào loại
máy phát điện gió Các cánh quạt gió thường có các dạng hình dáng: cánh buồm,
mái chèo, hình chén, giọt nước đều được dùng để bắt năng lượng gió tạo ra moment quay trục turbine
c
Hình 1 8 Các dạng cánh turbine gió trục đứng
a-dạng cánh Giromill; b-cánh kiểu Darrieus và c-cánh kiểu Savonius
Năm 1922 kỹ sư người phân lan S.J Savonius đã cải tiến và đưa ra dạng cánh buồm kiểu cốc như trong hình 1.8-c
Trang 3114
Hinh 1.10 Dang cánh cho turbine trục ngang với tốc độ gió > 5m/s 1.3.2 Máy phát điện gió
1.3.2.1 Phân loại
Trang 3215
¢ Truc ngang (Horizontal Axis Wind Turbine — HAWT) day 1a loai truyền thông
hiện đang thịnh hành nhiều nơi trên thé giới HAWT có roto kiểu chong chóng
với trục chính máy phát nằm ngang Số lượng cánh quạt có thể thay đổi, tuy nhiên thực tế nghiên cứu cho thay với loại tuabin này thì 3 cánh là có hiệu quả
cao nhất để HAWT hoạt động tốt thì các thành phần câu tạo nằm thẳng hàng
với hướng gió, vì vậy phải yêu cầu có một hệ thống điều chỉnh bằng cơ khí để
đảm bảo cánh quạt luôn luôn hướng thẳng góc với chiều giỏ
© Truc dung (Vertical Axis Wind Turbine — VAWT) day Ia loai công nghệ mới
, “A ñ , A A re oA “7
có lợi điêm là cánh quạt luôn quay ôn định với mọi chiêu gió
Savomus VAWT Modern HAWT Garomet Darneus VAWT
Hình 1.1] Mô hình cánh cho máy phái trục ngang và trục đứng 1.3.2.2 So sánh turbine trục đứng và trục ngang
Đã có nhiễu tranh luận xoay quanh vân đề này, có thể nói từ khi phát minh ra
các bộ chuyền đổi năng lượng gió Các chuyên gia đã đưa ra nhiều quan điểm khác
nhau Dennis G.Shepherd đã so sánh hai loại tuabine này một cách tồn diện, ơng
đã đưa ra những ưu và nhược điểm tương đối của hai loại tuabine này như sau:
Ưu điểm của VAWT so với HAWT:
Turbine gió trục đứng truyền thống là một cỗ máy không hướng Nghĩa là
VAWT hoạt động mà không phụ thuộc vào hướng gió Như vậy hệ thống xoay gid
Trang 3316
đất, khác với HAWT phải được đưa lên tháp cao Hộp số, máy phát và dàn cơ khí
điều khiển rất nặng, do đó nếu đặt dưới đất thì việc lắp đặt bảo trì sẽ rất thuận tiện
và đễ dàng
Với cùng một công suất ngõ ra, tổng chiều cao của HAWT (bao gồm tháp) sẽ cao hơn rất nhiều so với loại trục đứng Darrieus gây tác động rõ rệt đến xung
quanh Về phương diện này, các tuabine gió trục đứng được coi như thân thiện với
môi trường hơn so với trục ngang
Các cánh quạt của VAWT không bị phải chịu áp lực khi xoay Cánh của
VAWT rẻ và bên cao hơn so với HAWT
VAWT được thiết kế sao cho tải ly tâm được cân bằng bởi các lực trên cánh quạt, như vậy tránh được moment xoắn
Hạn chế của VAWT:
VAWT được đặt ngay trên mặt đất, nên nó lệ thuộc vào gió có tốc độ thấp và
thay đối liên tục Với cùng một diện tích quét và trọng lượng thì công suất ngõ ra
của VAWT thấp hơn HAWT
Toàn bộ trọng lượng VAWT được đặt lên bộ đệm đỡ phía dưới, bộ đệm này rất cứng, linh hoạt và có độ tin cậy cao khi vận hành Tuy nhiên khi bộ đệm này hư
hỏng, thì đòi hỏi phải tháo dỡ xuống toàn bộ máy phát để sửa chữa hoặc thay thé Déi voi VAWT, moment quay va cong suất ngõ ra thay đổi thất thường một cách tuần hoàn khi cánh quạt đi vào và ra khỏi vùng tác động của gió trong mỗi vòng quay, trong khi ở HAWT moment quay và công suất ngõ ra khá ốn định
Do moment quay của VAWT thay đổi tuần hoàn, nên tạo ra nhiều tần số dao
động tự nhiên Điều này rất nguy hiểm và cần phải được loại bỏ nhanh chóng bởi bộ
điều khiển cơ khí, nếu không sự cộng hưởng sẽ gây hư hỏng nghiêm trọng cho roto
Trong khi đó một HAWT nếu được thiết kế kỹ lưỡng sẽ không có những vấn đề
rung động như vậy
Sự phát triển mang tính cạnh tranh và những gì làm được của tuabine trục
Trang 3417
đứng không chịu áp lức nhiều từ tải trọng của nó, điều làm giới hạn kích thước của
tuabine trục ngang
Xét về mặt hiệu quả kinh tế, các nhà phân tích cho thấy rằng: nếu trước đây các turbine trục đứng với công suất ngõ ra khoảng I0MW được phát triển thì ít nhất nó cũng làm được những gì mà tuabine trục ngang làm được ngày nay, nhưng chỉ phí trên một đơn vị công suất thấp hơn nhiều, do đó vấn đề hiệu suất của tuabine trục đứng thấp 19% đên 40% so với 56% tuabine trục ngang là không quan trọng Kết luận:
Turbine trục ngang và trục đứng như trên đã phân tích đều có ưu và nhược điểm nhất định Loại trục ngang có hiệu suất cao hơn nhưng chỉ phí cũng lớn, hệ
thống khá phức tạp và chỉ hoạt động tốt khi vận tốc gió lớn Trong khi loại trục
đứng có hạn chế là hiệu suất thấp nhưng bù lai dé thiết kế, bảo dưỡng và giá thành
thấp, đồng thời hoạt động tốt trong điều kiện gió thấp, chiều gió thay đổi liên tục Việc chọn mô hình trục đứng hay trục ngang khi thiết kế sẽ phụ thuộc vào
điều kiện g1Ó tại nơi đó và các tiêu chí thiết kế, các tiêu chí này sẽ được đưa vào
bảng phân tích nhân tố và tùy vào nhu cầu người dùng ở từng quốc gia mà các tiêu
chí sẽ có trọng số khác nhau, tiêu chí nào có trọng số lớn nhất sẽ được chọn để thiết
kế Theo tài liệu nghiên cứu trong luận văn này đã dùng báng phân tích nhân tố với
7 tiêu chí sau, để đánh giá nhu cầu sử dụng của các nước đang phát triển:
e Giá thành thấp
e Được thiết kế dễ dàng và sản xuất với số lượng lớn
e© Hiệu suất cao
e Ít duy tu bảo quản
e Bén
e Hoat déng co hiéu qua 6 cac diéu kiện gió không lý tưởng, gió quấn
e Lap dat dé dàng
Trang 3518
3,5+4m/s và đặc biệt cho dé tai nghiên cứu này Với nghiên cứu máy phát điện gió của để tài này được xây dựng với điều kiện vận tốc gió thấp tại các vùng nông thôn
ở Việt Nam, cần phải được làm việc với hiệu suất cao mà giá thành thấp cũng như đâm bảo được hết các yêu cầu còn lại Những tiêu chí này hoàn toàn phù hợp với
mô hình trục đứng
Trong quá trình nghiên cứu các loại turbin trục đứng Darrieus và Savonius tôi đã
chọn kiểu đáng cánh Lenz2 là kiểu dáng cánh cải tiến từ hai loại cánh trên, với nhiều ưu điểm, kiểu dáng cánh Lenz2 này dễ dàng trong thiết kế chế tạo và thi công
SO với các dạng cánh khác
Hình 1 12 Kiểu cánh dạng Lenz2 cải tiễn từ dang canh Sovonious va Darrieus 1.3.3 Thap dé
Tháp đỡ turbin gió là một phân thiết yếu và thường bị lãng quên của một hệ
thống tuabin gió Tăng chiều cao của tuabin gió so với mặt đất trên các trở ngại xung quanh từ cây cối, các tòa nhà để làm tăng sản lượng điện của tuabin bởi vì trên cao hoàn tồn trống sẽ khơng bị thay đổi, cản trở làm hỗn loạn luồng không khí, tốc độ gió tăng khi ở trên cao, và đặc biệt đáng tin cậy hơn ở tốc độ gió thấp Ngoài ra,
việc giảm sự hỗn loạn của luồng không khi sẽ giảm lực tác động trên tuabin làm các
ổ trục bi ro, giảm chi phí bảo trì
Trang 3619
Đôi với phân lớn các turbin nội địa, công suất nhỏ tháp đỡ chỉ phí hiệu quá
nhất được xây dựng từ cột giản giáo và giữ thăng đứng bằng cách sử dụng các dây
chẳng Đề của tháp đỡ cần được làm chắc chắn và các vị trí móc day chẳng Bất lợi
duy nhật của phương pháp này là chiếm diện tích xung quanh tháp và an toàn xung
quanh là điều cần được xem xét một cách cẩn thận, nên cho ca hé thống vào trong
hàng rào để ngăn trẻ em vô ý bị vướng hoặc chạy ngang qua các dây chẳng
Hình 1.13 Tháp thẳng đứng kết hợp dây chằng
Xây dựng tháp đỡ turbin gió độc lập không cần dây chăng là điều hoàn toản
có thể từ trụ to hơn và dày hơn, bao gồm đề của tháp cũng phải làm kiên cô hơn là điều bắt buộc của kết cầu loại tháp này, đồng nghĩa là chỉ phí tốn kém hơn rất nhiễu
Mặc khác, tháp loại này mang tính thâm mỹ cao hơn, chiếm ít diện tích và không
Trang 3720
Hình 2 14 Tháp đỡ tuabin gió độc lập
1.3.4 Bộ điều khiển
Năng lượng gió có nhược điểm lớn là tốc độ gió thay đổi liên tục vì vậy công suật nhận được từ máy phát cũng đễ dàng thay đổi liên tục không ổn định Vì năng
lượng gió là phi tuyến nên rất khó thiết lập phương pháp tuyến tính để kiểm sốt
cơng suất Đồng thời công suất phát của tuabin phụ thuộc vào tốc độ quay của roto và tốc độ gió hay điểm hoạt động công suất tối ưu Chính vì các lý do đó đề tài
nghiên cứu và ứng dụng bộ điều khiển có khả năng dò điểm hoạt động có công suất
cực đại (Maximum Power Point Tracking — MPPT) mà không phân biệt loại may
phát điện nào sử dụng, bộ điều khiển sẽ điều khiển thông số dong điện và điện áp
đầu ra của máy phát một cách tự động, điều chỉnh sao cho công suất phát nhận được
ứng với tốc độ gió là tối đa Tổn thất điện năng của máy phát điện gió đạt giá trị tối
Trang 3821 7a T T T T T T T a © Maximum power point 3 60ƑE 7 S : 2 sok Maximum a 50 power curve 8 = 1 s oO 05 | 1.5 2 3.5 3 3.5 4 4.5 Rotational frequency (Hz]
Hinh 1.15 Duong cong MPP
Một nhiệm vụ không kém quan trọng khác của bộ điều khiển được trình bày
trong sơ đồ tổng quát của hệ thống năng lượng gió là nạp năng lượng cho hệ thống
bình acqui Bộ điều khiển có nhiệm vụ chính là sẽ nạp năng lượng cho hệ thống
acqui kết hợp với kiểm soát tình trạng quá tải hệ thống khi acqui đầy Nếu trường hợp quá tải xảy ra bộ điều khiển này sẽ tự động chuyển năng lượng thừa sang bộ
phận xả điện 1.3.5 Bộ acqui
Sự bất ôn định của tốc độ gió gây ra cung cấp điện cho tải sử dụng không liên tục, vì thế hệ thống sử dụng năng lượng gió độc lập công suất nhỏ này xuất
hiện hệ thống bình acqui Mục đích của hệ thống này là ổn định cung cấp điện liên
tục cho tải sử dung, tạo sự ôn định và liên kết tuabin gió với tải trong hệ thống
Hệ thống bình acqui gồm 2 hay nhiều acqui ghép nối để tạo ra điện áp 24V
Mỗi khi turbine gió không hoạt động hoặc hoạt động yếu, hệ thống này có nhiệm vụ
cung cấp điện cho tải thông qua bộ nghịch lưu nếu tải là xoay chiều Hiện nay, acqui thường được dùng là loại acqui khô với các đặc điểm dễ bảo quản, bảo trì, an
toàn hơn Số lượng acqui phụ thuộc vào thiết kế của hệ thống, thường chọn sao cho
Trang 3922
acqui thường được chọn là loại axit chì có tuổi thọ cao và giá đầu tư rẻ Dung lượng acqui thông dụng trên thị trường là 200Ah
——— ~
Hình 1.16 Hệ thống bình điện sử dụng tích điện cho hệ thông gió
1.3.6 Bộ sac acqui
Mạch nạp acqui 3 giai đoạn hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, với những ưu điểm nạp nhanh chóng và an toàn, đồng thời tăng tuổi thọ của
aCqUI Dé phuc vu cho viéc nap vao hé thông bình acqui, dé tài đã nghiên cứu, tính toán và thiết kế mach sac acqui 3 giai đoạn Nhằm mục đích làm chủ được công
nghệ của bộ điều khiển trong hệ thống năng lượng gió công suất nhỏ
Mạch nạp acqui 3 giai đoạn là cải tiến từ những hạn chế của mạch nạp 2 giai
đoạn Đầu tiên cũng nạp với dòng điện nạp không đổi cho đến khi đạt đến điện áp
14.4V đối với acqui 12V Sau đó giữ nguyên giá trị điện áp này, do dung lượng acqui lúc nảy đã tăng lên đáng kế nên dòng điện nạp giảm dân bằng 1⁄4 giá trị cực đại (giai đoạn 2) Kết thúc giai đoạn này acqui được nạp khoảng 90% dung lượng Điện áp nạp lại tự động giảm xuống và giữ điện áp nỗi là 13.8V (giai đoạn 3) Khi đó bình sẽ từ từ được khôi phục 10% dung lượng còn lại Như vậy toàn bộ dung lượng acquli sẽ được khôi phục nhanh chóng và an toàn
1.3.7 Bộ biến đổi
Bộ biến đổi dùng để biến đổi điện áp và tần số cho phù hợp với mục đích sử dụng được trình bảy trong hình 1.6 Hầu hết các tải đang được sử dụng là tải xoay
Trang 4023