NGHIÊN cứu PHÁT TRIỂN máy PHÁT điện GIÓ TRỤC ĐỨNG CÔNG SUẤT NHỎ tự điều CHỈNH CÁNH THEO HƯỚNG GIÓ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG TẤN LỘC NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ TRỤC ĐỨNG CÔNG SUẤT NHỎ TỰ ĐIỀU CHỈNH CÁNH THEO HƯỚNG GIÓ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG TẤN LỘC NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ TRỤC ĐỨNG CÔNG SUẤT NHỎ TỰ ĐIỀU CHỈNH CÁNH THEO HƢỚNG GIÓ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 62520103 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG TẤN LỘC NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ TRỤC ĐỨNG CÔNG SUẤT NHỎ TỰ ĐIỀU CHỈNH CÁNH THEO HƢỚNG GIÓ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 62520103 Hƣớng dẫn khoa học: PGS TS ĐẶNG THIỆN NGÔN Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2016 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Họ & tên: PHÙNG TẤN LỘC Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 05/10/1984 Nơi sinh: Long An Quê quán: Cần Giuộc, Long An Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 173 Kinh Sáng, Phƣớc Thuận, Phƣớc Lâm, Cần Giuộc, Long An Điện thoại quan: Điện thoại di động: 0979242919 Fax: E-mail: phung_loc@yahoo.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Trung học chuyên nghiệp Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ: Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: Đại học Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo: 2004 đến 2007 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại học Công Nghiệp Tp.HCM Ngành học: Công nghệ kỹ thuật Cơ khí Môn thi tốt nghiệp: Môn sở, Triết học Mác – Lênin, Môn chuyên ngành Ngày thi tốt nghiệp: 20/10/2007 III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2008 đến Trƣờng TCN Cần Giuộc Giáo viên i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 10 năm 2016 Phùng Tấn Lộc ii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực luận văn: “Nghiên cứu phát triển máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ tự điều chỉnh cánh theo hướng gió” hoàn thành Ngoài nổ lực cố gắng thân, gặp phải số khó khăn trình thực Nhờ có hƣớng dẫn giúp đỡ tận tình quý thầy cô, bạn bè, gia đình hoàn thành luận văn Để tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn: - Thầy hƣớng dẫn khoa học PGS TS Đặng Thiện Ngôn Thầy dành nhiều thời gian, tâm huyết nhiệt tình hƣớng dẫn, định hƣớng, góp ý, động viên suốt trình thực luận văn - Ban giám hiệu, phòng sau đại học quý thầy cô Khoa Cơ khí trƣờng ĐHSPKT TPHCM, Ban giám hiệu quý thầy cô Khoa Cơ khí trƣờng TCN Cần Giuộc tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt luận văn - Các anh, chị, bạn bè, lớp động viên, giúp đỡ tận tình suốt thời gian thực luận văn - Gia đình, ngƣời thân ủng hộ tinh thần, vật chất, tạo điều kiện cho suốt năm học vừa qua Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 10 năm 2016 Phùng Tấn Lộc iii TÓM TẮT Máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ hoạt động với tốc độ gió nhỏ (v < m/s) vấn đề đƣợc quan tâm nghiên cứu phát triển Đã có nhiều giải pháp đƣợc đƣa nhƣ tối ƣu biên dạng cánh, sử dụng vật liệu nhẹ cho cánh kết cấu liên quan, tăng hiệu suất dynamo, sử dụng ổ trục có ma sát nhỏ, tự điều chỉnh cánh theo hƣớng gió,… Luận văn trình bày kết nghiên cứu giải pháp tự điều chỉnh cánh theo hƣớng gió dựa vào độ lệch tâm trục mang chong chóng gió trục quay tuabin máy phát điện gió trục đứng Một cấu tự điều chỉnh cánh theo hƣớng gió với độ lệch tâm tính toán 45,50, 55, 60 mm đƣợc thiết kế thử nghiệm Các thí nghiệm cho thấy, cấu tự điều chỉnh cánh theo hƣớng gió với độ lệch tâm 50 mm giúp máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ có biên dạng cánh NACA hoạt động tốc độ gió vào khoảng 2,5 m/s Từ kết nghiên cứu trên, máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ tự điều chỉnh cánh theo hƣớng gió cam lệch tâm (với e = 50mm), biên dạng cánh NACA đƣợc chế tạo hoàn chỉnh lắp đặt Qua hoạt động thực tế cho thấy, máy vận hành tốt điều kiện gió không lý tƣởng (v > m/s), với hiệu suất cao, giá thành thấp, dễ lắp đặt, bảo dƣỡng chế tạo nguồn nguyên liệu sẵn có Việt Nam iv ABSTRACT Small vertical axis wind turbine VAWT can operate under small velocity (v < m/s) is an issue that is being researched to develop further A lot of solutions used to be suggested such as using light material for blades and other structures, increasing efficiency of dynamo, using bearings having small friction coefficient, moving blades related to wind direction,… The memoir of this study was the solution of moving blades related to wind direction, which bases on the eccentricity of wind vane’s axis and VAWT’s rotating axis A moving blades structure related to wind direction automatically with calculated eccentricities 45, 50, 55 and 60 mm are designed and experimented These resulted in eccentricity value 50 mm makes the small VAWT utilized NACA airfoil type can operate at wind velocity about 2.5 m/s From the above research results, a small vertical axis wind turbine VAWT of moving blades related to wind direction by eccentric cam (with e = 50mm), the NACA airfoil type is completely manufactured and assembled By practical activity shows that machine can operate well in non-ideal wind conditions (v > m/s) with high efficiency, low cost, easy assembly, maintenance and can manufacture by raw materials in Vietnam v MỤC LỤC Trang tựa TRANG Giấy định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan .ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách hình x Danh sách bảng xii Chƣơng MỞ ĐẦU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .2 1.2.1 Ý nghĩa khoa học .2 1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn 1.3 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU .3 1.4 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .3 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu .3 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.6 BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI Chƣơng TỔNG QUAN 2.1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG GIÓ 2.1.1 Năng lƣợng gió 2.1.2 Đơn vị hƣớng gió 2.1.3 Khảo sát đồ gió Việt Nam 2.1.4 Tình hình sử dụng lƣợng gió giới 2.2 TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN NĂNG LƢỢNG GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ TẠI VIỆT NAM 11 vi 2.3 TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ .12 2.3.1 Phân loại máy phát điện gió công suất nhỏ 12 2.3.2 Tuabin gió trục ngang (HAWT) .12 2.3.3 Tuabin gió trục đứng (VAWT) 14 2.3.4 Điều chỉnh cánh tuabin theo hƣớng gió VAWT 17 2.3.4.1 Nguyên lý vòng quay lệch tâm .17 2.3.4.2 Nguyên lý điều chỉnh cánh đòn bẩy lò xo 19 2.3.4.3 Sử dụng động bƣớc, động servo 19 2.3.4.4 So sánh giải pháp điều chỉnh cánh gió 21 2.4 CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 21 2.4.1 Các nghiên cứu nƣớc 21 2.4.2 Các nghiên cứu nƣớc 22 2.5 CÁC VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI TRONG NGHIÊN CỨU HIỆN NAY .23 2.6 KẾT LUẬN 23 Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 24 3.1 CÔNG SUẤT VÀ HIỆU SUẤT GIÓ TUABIN 24 3.2 TỈ SỐ TỐC ĐỘ GIÓ ĐẦU CÁNH (TSR) 26 3.3 ĐỘNG LỰC HỌC CÁNH VAWT 28 3.4 CƠ SỞ KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐUÔI LÁI .31 3.5 SỰ THAY ĐỔI KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐUÔI LÁI 33 3.6 PHÂN TÍCH VỊ TRÍ THAY ĐỔI GÓC CÁNH THEO HƢỚNG GIÓ .35 3.7 MỘT SỐ KIỂU BIÊN DẠNG CÁNH CỦA VAWT 37 3.7.1 Kiểu dạng cánh Savonius 37 3.7.2 Kiểu dạng cánh Darrieus Rotor 38 3.7.3 Kiểu dạng cánh NACA 39 3.7.4 So sánh kiểu biên dạng cánh VAWT 40 3.8 PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ HÌNH HỌC BIÊN DẠNG CÁNH NACA .41 3.9 KẾT LUẬN 44 Chƣơng Ý TƢỞNG THIẾT KẾ VÀ PHƢƠNG ÁN 45 vii 4.1 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN KIỂU TUABIN 45 4.1.1 Phân tích 45 4.1.2 Các yêu cầu VAWT tự điều chỉnh cánh 45 4.2 CÁC PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ VAWT CÔNG SUẤT NHỎ 46 4.2.1 Phƣơng án chọn số cánh cho VAWT .46 4.2.2 Phƣơng án chọn biên dạng cánh cho VAWT 46 4.2.3 Phƣơng án thiết kế kết cấu cánh cho VAWT 48 4.2.4 So sánh chọn phƣơng án thiết kế kết cấu cánh cho VAWT 50 4.2.5 Điều chỉnh cánh đón gió lệch tâm (Cam) dùng biên dạng cánh NACA 51 Chƣơng TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ TRỤC ĐỨNG CÔNG SUẤT NHỎ 53 5.1 THÔNG SỐ THIẾT KẾ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ .53 5.2 CÁC CÔNG VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .53 5.2.1 Tính toán thông số làm việc VAWT 53 5.2.2 Tính toán thông số thiết kế cánh VAWT theo dạng cánh NACA .57 5.2.3 Tính toán khoảng lệch tâm e cho cấu điều chỉnh cánh đón gió 63 5.2.4 Mô hƣớng gió thổi qua cánh VAWT 67 5.2.5 Kết cấu đuôi lái (chong chóng gió) 69 Chƣơng CHẾ TẠO VÀ KIỂM NGHIỆM 71 6.1 CHẾ TẠO CÁC BỘ PHẬN .71 6.1.1 Chế tạo phận cánh .71 6.1.2 Chế tạo tay gân cánh 72 6.1.3 Chế tạo cấu điều chỉnh cánh theo hƣớng gió 72 6.1.4 Chế tạo hoàn chỉnh máy 73 6.1.5 Chế tạo cột lắp máy 73 6.1.6 Lắp hoàn chỉnh máy thực tế .74 6.2 THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ 75 6.2.1 Thực nghiệm xác định giá trị lệch tâm e 75 6.2.2 Thực nghiệm xác định khả hoạt động tuabin 76 viii Chƣơng KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 79 7.1 KẾT LUẬN 79 7.2 KIẾN NGHỊ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC 84 ix DANH SÁCH CÁC HÌNH TRANG Hình 2.1: Cột xác định hƣớng gió Hình 2.2: Sơ đồ điện lƣới trạm thủy văn thực đo gió Hình 2.3: Bản đồ tài nguyên gió Việt Nam .7 Hình 2.4: Bản đồ phân bố tốc độ gió Việt Nam độ cao 80 m Hình 2.5: Phát triển điện từ nguồn gió số nƣớc giới .10 Hình 2.6: Biểu đồ sử dụng điện số nƣớc giới 10 Hình 2.7: Windspot 1,5KW .12 Hình 2.8: Upwind turbine 14 Hình 2.9: Turbine Savonius .14 Hình 2.10: Turbine Giromill ( H-rotor) 15 Hình 2.11: Turbine Gorlov 17 Hình 2.12: Phƣơng pháp điều chỉnh cánh theo nguyên lý vòng quay lệch tâm .18 Hình 2.13: Phƣơng pháp điều chỉnh cánh ly tâm khối lƣợng quay 18 Hình 2.14: Phƣơng pháp điều chỉnh cánh đòn bẩy – lò xo .19 Hình 2.15: Phƣơng pháp điều chỉnh cánh sử dụng động servo 20 Hình 2.16: Phƣơng pháp điều chỉnh cánh động bƣớc 20 Hình 3.1: Năng lƣợng gió qua tuabin gió 26 Hình 3.2: Mối quan hệ tỉ số tốc độ gió đầu cánh  Cp .28 Hình 3.3: Phân tích lực động lực học cánh tuabin gió trục đứng .28 Hình 3.4: Sự di chuyển luồng gió qua cánh tuabin gió dạng cánh NACA 29 Hình 3.5: Sơ đồ thay đổi góc cánh  theo   30 Hình 3.6: Hình dạng hình học sở cánh đuôi lái 32 Hình 3.7: Sơ đồ dịch chuyển đuôi lái quay xung quanh trục đuôi lái .33 Hình 3.8: Sơ đồ dao động cánh lái theo vận tốc gió 35 Hình 3.9: Sự thay đổi vị trí góc cánh ’ theo hƣớng gió 36 x Hình 3.10: Vị trí thay đổi góc cánh khác 37 Hình 3.11: Biên dạng cánh savonius .37 Hình 3.12: Biên dạng cánh Darrieus Rotor 38 Hình 3.13: Biên dạng cánh NACA 39 Hình 3.14: Kết cấu hình học dạng cánh NACA không đối xứng 41 Hình 4.1:Phân loại số cánh tuabin gió trục đứng .46 Hình 4.2: Các NACA thƣờng dùng .47 Hình 4.3: Cánh tuabin gió có kết cấu dạng khối 48 Hình 4.4: Cánh tuabin gió có kết cấu riêng lẻ 49 Hình 4.5: Phƣơng thức điều chỉnh cánh cấu lệch tâm (cam) 51 Hình 5.1: Biên dạng cánh NACA2412 không đối xứng 58 Hình 5.2: Biên dạng cánh NACA 2412 62 Hình 5.3: Thiết kế kết cấu khung xƣơng cánh 62 Hình 5.4: Mô bền khung xƣơng cánh 63 Hình 5.5: Thiết kế cánh hoàn chỉnh 63 Hình 5.6: Cơ cấu điều chỉnh cánh 64 Hình 5.7: Sự thay đổi góc cánh ’ 64 Hình 5.8: Mô cánh đón gió ứng với khoảng lệch tâm 45(mm) .67 Hình 5.9: Mô cánh đón gió ứng với khoảng lệch tâm 50(mm) .68 Hình 5.10: Mô cánh đón gió ứng với khoảng lệch tâm 55(mm) 68 Hình 5.11: Kết cấu đuôi lái .69 Hình 5.12: Thiết kế đuôi lái (chong chóng gió) .70 Hình 6.1: Bộ phận cánh 72 Hình 6.2: Tay gân cánh 72 Hình 6.3: Cơ cấu điều chỉnh cánh theo hƣớng gió 73 Hình 6.4: Chế tạo máy hoàn chỉnh 73 Hình 6.5: Cột lắp máy 74 Hình 6.6: Lắp tuabin gió thực tế .74 Hình 6.7: Thiết bị tạo gió nhân tạo cảm biến đo gió YJFS -H4A5 .75 xi DANH SÁCH CÁC BẢNG TRANG Bảng 2.1: Tiềm gió Việt Nam độ cao 65m so với mặt đất Bảng 2.2: Tóm lƣợc tiềm năng lƣợng gió độ cao 80 m .9 Bảng 2.3: Bảng so sánh giải pháp điều chỉnh cánh VAWT 21 Bảng 3.1: Bảng so sánh biên dạng cánh tuabin gió 40 Bảng 3.2: Quan hệ độ cong (m) vị trí độ cong (p) cánh NACA số 43 Bảng 4.1: So sánh NACA thƣờng dùng 47 Bảng 4.2: Liệt kê chi tiết riêng lẻ khung cánh tuabin gió 49 Bảng 4.3: So sánh phƣơng án kết cấu cánh 50 Bảng 5.1: Vận tốc gió thay đổi điện thu đƣợc thay đổi 55 Bảng 5.2: Tỉ số tốc độ gió đầu cánh  hiệu suất tuabin gió trục đứng .56 Bảng 5.3: Tọa độ biên dạng cánh NACA2412 nửa cánh bên trái .60 Bảng 5.4: Tọa độ biên dạng cánh NACA2412 nửa cánh bên phải 61 Bảng 5.5: Tính hệ số nâng cánh Cl hệ số cản Cd (khi V=3 m/s) 65 Bảng 5.6: Tính lực nâng Fl lực cản Fd (khi V=3 m/s) .66 Bảng 5.7: Tính lực tiếp tuyến Ft , pháp tuyến Fn , lực đẩy FT (khi V=3 m/s) 66 Bảng 5.8: Thông số giá trị thiết kế đuôi lái 69 Bảng 6.1: Danh mục chi tiết chế tạo phận cánh 71 Bảng 6.2: Vận tốc, số vòng quay tuabin vận tốc gió V0 = 2,5 m/s 76 Bảng 6.3: Vận tốc, số vòng quay tuabin vận tốc gió V0 = 3,0 m/s 76 Bảng 6.4: Vận tốc, số vòng quay tuabin vận tốc gió V0 = 3,5 m/s 76 Bảng 6.5: Thử nghiệm tuabin vận tốc gió V0 = 2,5 m/s .77 Bảng 6.6: Thử nghiệm tuabin vận tốc gió V0 = 3,0 m/s .77 Bảng 6.7: Thử nghiệm tuabin vận tốc gió V0 = 3,5 m/s .77 xii Chƣơng MỞ ĐẦU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Năng lƣợng gió dạng lƣợng sạch, có khả tái sinh Hiện nay, giới việc phát triển phong điện xu lớn, thể mức tăng trƣởng cao so với nguồn lƣợng khác Thuận lợi lớn Việt Nam phát triển điện gió nƣớc ta có tiềm năng lƣợng gió tƣơng đối lớn Tuy nhiên, muốn đẩy mạnh nguồn lƣợng tƣơng lai, cần hoàn chỉnh thêm công nghệ nhƣ làm để đạt đƣợc công suất cao Nhằm biến lƣợng gió thành điện cao để từ hạ giá thành cạnh tranh đƣợc với nguồn lƣợng khác Nhu cầu sử dụng nguồn lƣợng tái tạo, đặc biệt nguồn lƣợng gió, để chuyển đổi thành lƣợng điện phục vụ cho nhu cầu điện sinh hoạt khu vực vùng sâu vùng xa, miền núi chƣa có nguồn điện lƣới quốc gia đƣợc quan tâm rộng rãi Bên cạnh đó, thành phố lớn việc nghiên cứu ứng dụng lƣợng gió đƣợc đầu tƣ để tăng tỉ lệ nguồn điện góp phần bảo vệ môi trƣờng Tuy nhiên, trạm phát điện gió công suất lớn đƣợc lắp đặt số nơi xác định, việc ứng dụng lƣợng gió thành phố lớn gặp phải khó khăn lớn gió thành phố có vận tốc nhỏ (v < m/s) Do vậy, việc nghiên cứu, phát triển máy phát điện gió công suất nhỏ hoạt động với vận tốc dƣới m/s chủ đề nóng năm gần giới nhƣ nƣớc Các máy phát điện gió công suất nhỏ có dạng trục ngang trục đứng Xét theo giới hạn nhƣ: diện tích không gian nhỏ, vận tốc gió tƣơng đối thấp, hƣớng gió không ổn định máy phát điện gió trục đứng phù hợp có kết cấu đơn giản, nhỏ gọn, dễ lắp ráp sửa chữa nhƣ lợi giá thành [5,17,18] Về hiệu suất máy phát điện gió trục ngang có cao nhƣng lại phụ thuộc lớn vào hƣớng gió tốc độ gió Trong thành phố với nhiều nhà cao tầng, khoảng không gian chật hẹp, gió quẫn máy phát điện gió công suất nhỏ dạng trục đứng lựa chọn phù hợp Vấn đề đặt làm để máy phát điện có hiệu suất cao hoạt động đƣợc vận tốc gió thấp Trên sở áp dụng thành tựu nhiều ngành khoa học tiên tiến, việc nghiên cứu sử dụng lƣợng gió đạt đƣợc tiến lớn chất lƣợng thiết bị quy mô ứng dụng Vì đề tài “Nghiên cứu phát triển máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ tự điều chỉnh cánh theo hướng gió” mang tính cấp thiết có ý nghĩa quan trọng điều kiện tình hình kinh tế - xã hội Việt Nam 1.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.2.1 Ý nghĩa khoa học - Đề xuất đƣợc nguyên lý, kết cấu máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ tự điều chỉnh cánh theo hƣớng gió - Xây dựng đƣợc hệ công thức đề xuất đƣợc cách tính toán thông số liên quan đến hoạt động tuabin gió trục đứng - Đề xuất đƣợc cách tính xác định độ lệch tâm phù hợp để điều chỉnh góc quay cánh, cấu tự điều chỉnh cánh Góp phần tăng khả hứng gió tuabin gió trục đứng qua nâng cao hiệu suất phát điện tuabin 1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn - Thiết kế chế tạo đƣợc tuabin phát điện gió trục đứng công suất nhỏ tự điều chỉnh cánh để hứng gió tối đa hoạt động đƣợc với tốc độ gió nhỏ (< m/s) Kết cấu tuabin gió đơn giản phù hợp với điều kiện chế tạo Việt Nam - Đóng góp giải pháp phù hợp để xây dựng hệ thống phát điện nguồn lƣợng gió công suất nhỏ tƣơng ứng với tiềm gió Việt Nam có hiệu suất cao Tạo điều kiện phát triển kinh tế phù hợp với chiến lƣợc phát triển địa phƣơng Nhất vùng núi, vùng sâu, vùng xa mà điện lƣới quốc gia chƣa có khả vƣơn tới đƣợc 1.3 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Việc nâng cao hiệu suất chuyển đổi gió thành điện để giảm giá thành vấn đề quan trọng trình sản xuất nguồn lƣợng tƣơng lai Để nâng cao đƣợc hiệu suất sử dụng lƣợng gió đề tài định hƣớng nghiên cứu đến mục tiêu sau: - Đề xuất đƣợc nguyên lý cấu tự điều chỉnh cánh theo hƣớng gió - Thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh máy - Thử nghiệm đánh giá khả hoạt động máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ tự điều chỉnh cánh theo hƣớng gió Nhiệm vụ cụ thể cần thực đề tài nhƣ sau: - Nghiên cứu tổng quan công trình đƣợc thực nƣớc máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ kiểu máy khác có liên quan - Nghiên cứu, tính toán, xác định đƣợc biên dạng cánh phù hợp tuabin gió - Đề xuất đƣợc nguyên lý, cấu tự điều chỉnh cánh theo hƣớng gió, cách tính xác định độ lệch tâm phù hợp để điều chỉnh góc quay cánh - Xác định đƣợc thông số cánh đuôi lái điều chỉnh hƣớng gió - Thiết kế hoàn chỉnh máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ tự điều chỉnh cánh theo hƣớng gió - Thử nghiệm, đánh giá khả ứng dụng máy phát điện gió 1.4 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Năng lƣợng gió Tp Hồ Chí Minh - Các cấu điều khiển cánh xoay theo hƣớng gió tuabin gió có nƣớc 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu thiết kế, chế tạo tuabin gió trục đứng công suất nhỏ (< 100 W) có cánh theo biên dạng cánh NACA - Cơ cấu điều chỉnh cánh theo hƣớng gió có góc quay cố định, điều chỉnh cánh trục mang chong chóng gió - Do thời gian nội dung nên đề tài không đề cập đến cấu hãm có cố gió giật, bão 1.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu phân tích lý thuyết: thu thập tài liệu từ nguồn báo chí, tạp chí, sách, từ internet có liên quan đến nội dung nghiên cứu Qua phân tích, xử lý thông tin thu đƣợc đề xuất qui trình nghiên cứu phát triển máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ tự điều chỉnh cánh theo hƣớng gió - Phƣơng pháp thực nghiệm: tiến hành chế tạo thử nghiệm máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ, thử nghiệm hoạt động hoàn chỉnh thiết kế 1.6 BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI Đề tài đƣợc chia làm chƣơng với nội dung: - Lý chọn đề tài, tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học – thực tiễn, đối tƣợng, phạm vi, mục tiêu phƣơng pháp nghiên cứu đƣợc trình bày chƣơng - Chƣơng trình bày tổng quan tuabin gió trục đứng công suất nhỏ, giải pháp điều chỉnh cánh đón gió Tình hình sử dụng lƣợng gió giới Việt Nam Các công trình nghiên cứu nƣớc có liên quan, định hƣớng nghiên cứu đề tài - Chƣơng phân tích động lực học cánh gió tuabin, phƣơng pháp điều chỉnh cánh gió tuabin, xác định thông số cấu điều chỉnh cánh đón gió Các thông số biên dạng cánh NACA - Chƣơng trình bày ý tƣởng thiết kế, đề xuất phƣơng án, sau lựa chọn phƣơng án tốt để thiết kế máy - Chƣơng tính toán thông số máy cần thiết kế, xác định tọa độ biên dạng cánh, cấu điều chỉnh cánh đón gió cam lệch tâm - Chƣơng chế tạo thiết bị, kiểm nghiệm đánh giá - Chƣơng kết luận – kiến nghị Chƣơng TỔNG QUAN 2.1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG GIÓ 2.1.1 Năng lƣợng gió Khi mặt trời chiếu xuống trái đất không đồng làm cho nhiệt độ bầu khí quyển, không khí nƣớc khác Vì vậy, tạo thành khu vực có nhiệt độ áp suất chênh lệch nhau, dẫn đến hình thành luồng khí di chuyển từ vùng có áp suất cao tới vùng có áp suất thấp gọi gió Vậy, lƣợng gió động không khí di chuyển bầu khí trái đất hình thức gián tiếp lƣợng mặt trời Năng lƣợng gió đƣợc sử dụng từ hàng trăm năm Ban đầu ngƣời dùng lƣợng gió để di chuyển thuyền buồm hay kinh khí cầu Ý tƣởng dùng lƣợng gió để sản xuất điện hình thành sau phát minh điện máy phát điện 2.1.2 Đơn vị hƣớng gió Đơn vị tốc độ gió đƣợc tính theo kilomet (km/h) mét giây (m/s) knot (kn: hải lý giờ) Mile (mph) Mỹ (kn) = 1,852 (km/h) = 0,514 (m/s) (mph) = 1,609344 (km/h) = 0,8690 (kn) = 0,447 (m/s) Hƣớng gió hƣớng mà từ gió thổi tới điểm quan trắc Hƣớng gió đƣợc biểu thị phƣơng vị đông, tây, nam, bắc theo góc lấy hƣớng bắc làm mốc vị trí 360 tính theo chiều kim đồng hồ Nhƣ hƣớng đông ứng với 90 , hƣớng nam ứng với 180 hƣớng tây ứng với góc 270 Hình 2.1: Cột xác định hướng gió 2.1.3 Khảo sát đồ gió Việt Nam Với đƣờng bờ biển dài hơm 3,000Km nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, Việt Nam đƣợc cho có tiềm lớn gió Nguồn liệu tiềm gió Việt Nam đƣợc thu thập từ 150 trạm khí tƣợng thủy văn Tốc độ gió hàng năm đo đƣợc trạm tƣơng đối thấp Trong khoảng từ – m/s đất liền (hình 2.2) Khu vực ven biển có tốc độ gió cao hơn, khoảng từ – m/s Ở khu vực đảo, tốc độ gió trung bình lơn đến – m/s [27] Hình 2.2: Sơ đồ điện lưới trạm thủy văn thực đo gió [27] Theo nghiên cứu Ngân hàng Thế giới Việt Nam nƣớc có tiềm gió lớn bốn nƣớc khu vực [22] Hơn 39% tổng diện tích Việt Nam đƣợc ƣớc tính có tốc độ gió trung bình hàng năm lớn 6m/s độ cao 65m, tƣơng đƣơng với tổng công suất 512 GW Đặc biệt, 8% diện tích việt Nam đƣợc xếp hạng có tiềm gió tốt Bảng 2.1: Tiềm gió Việt Nam độ cao 65m so với mặt đất [22] Trong năm 2001, Ngân hàng Thế giới tài trợ xây dựng đồ gió cho nƣớc Việt Nam – Lào – Campuchia - Thái Lan Nhằm hỗ trợ phát triển lƣợng gió cho khu vực Bản nghiên cứu với liệu gió lấy từ trạm khí tƣợng thủy văn liệu từ phần mềm mô MesoMap, đƣa ƣớc tính sơ tiềm gió Việt Nam độ cao 65m 30m cách mặt đất Hình 2.3: Bản đồ tài nguyên gió Việt Nam [22] Ở độ cao 30 m 65 m, nơi có tiềm lớn để phát triển phong điện vùng núi cao nguyên Tây Nguyên đặc biệt khu vực rộng lớn tiếp giáp tỉnh Ninh ... động máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ tự điều chỉnh cánh theo hƣớng gió Nhiệm vụ cụ thể cần thực đề tài nhƣ sau: - Nghiên cứu tổng quan công trình đƣợc thực nƣớc máy phát điện gió trục đứng. .. việc nghiên cứu sử dụng lƣợng gió đạt đƣợc tiến lớn chất lƣợng thiết bị quy mô ứng dụng Vì đề tài Nghiên cứu phát triển máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ tự điều chỉnh cánh theo hướng gió ... hợp để điều chỉnh góc quay cánh - Xác định đƣợc thông số cánh đuôi lái điều chỉnh hƣớng gió - Thiết kế hoàn chỉnh máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ tự điều chỉnh cánh theo hƣớng gió -