Khảo sát và tính toán thiết kế hệ thống điện gió kết hợp Diesel cho Côn Đảo

Tuy nhiên, các nghiên cứu về nguồn năng lượng này chỉ ở mức thu thập, tổng hợp số liệu và đánh giá chung hiện hạng chứ chưa đi sâu vào phân tích đánh giá tiềm năng của năng lượng gió, ch

Trang 1

TRƯƠNG TRỌNG HIẾU

KHẢO SÁT VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ KẾT HỢP DIESEL CHO

CÔN ĐẢO

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT

Mã số: 605280

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 2

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THẾ BẢO

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP Hồ Chí Minh ngày 31 tháng 07 năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 Chủ tịch - GS.TS Lê Chí Hiệp

2 Thư ký - TS Hà Anh Tùng

3 ủy viên - TS Trần Văn Hưng

4 ủy viên PB - TS Nguyễn Văn Tuyên

5 ủy viên PB - PGS.TS Hoàng An Quốc

Trang 3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Trương Trọng Hiếu

Ngày, tháng, năm sinh: 06/08/1986

Chuyên ngành: Công nghệ Nhiệt

MSHV: 12824809 Nơi sinh: Khánh Hòa

Mã số: 605280

I TÊN ĐỀ TÀI: Khảo sát và tính toán thiết kế hệ thống điện gió kết hợp Diesel cho Côn Đảo

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

• Khảo sát và thu thập dữ liệu bao gồm: số liệu vận tốc gió trung bình trong một năm, số liệu phụ tải của huyện Côn Đảo

• Phân tích số liệu, tính toán sản luợng điện hàng năm, tính toán cuờng độ rối của gió để lựa chọn loại turbine phù hợp nhất

• Tính toán cấu hình của nhà máy điện gió và khả năng ổn định điện của hệ thống

• Phân tích, đánh giá tính khả thi của nhà máy điện gió Côn Đảo

• Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả sản xuất điện của hệ thống

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2015

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/06/2015

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Tp HCM, ngày tháng năm 2015

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

Trang 4

GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngoài ra, tôi cũng xin cảm ơn đến công ty cổ phần phát triển công nghệ Tài Nguyên Xanh đã cùng phối hợp, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong việc khảo sát

và thu thập số liệu quan trọng trong quá trình tính toán thực hiện đề tài luận văn

Cuối cùng, tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình tôi, những người đã và luôn bên cạnh chia sẽ mọi khó khăn và động viên tình thần cho tôi trên con đường sự nghiệp

Tp HCM, ngày 15 tháng 06 năm 2015

Trương Trọng Hiếu

Trang 5

GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC sĩ

TÓM TẮT

Năng lượng là một trong những nhu cầu thiết yếu của con người và là một yếu tố không thể thiếu được của các hoạt động sản xuất Tuy nhiên, không phải tất cả mọi vùng đều có khả năng tiếp cận với lưới điện quốc gia, đặc biệt là các huyện đảo Chính vì thế, việc sản xuất điện tại chỗ bằng cách tận dụng các nguồn năng lượng tái tạo, mà cụ thể là điện gió sẽ là một giải pháp góp phần giảm bớt gánh nặng cho lưới điện quốc gia cũng như góp phần đưa điện về với cuộc sống của người dân ở những vùng xa xôi hẻo lánh

Để xây dựng một nhà máy điện gió, có thể nói có rất nhiều rủi ro và cần phải phân tích đánh giá một cách chi tiết nhất Tuy nhiên, các nghiên cứu về nguồn năng lượng này chỉ ở mức thu thập, tổng hợp số liệu và đánh giá chung hiện hạng chứ chưa đi sâu vào phân tích đánh giá tiềm năng của năng lượng gió, chế độ nhiễu loạn tại khu vực đó và cấu hình phù hợp để hệ thống vận hành ổn định, mà những điều này lại ảnh hưởng khá nhiều đến chi phí đầu tư ban đầu

Giữa bối cảnh hiện nay, đề tài “Khảo sát và tính toán thiết kế hệ thống điện gió kết hợp Diesel” ra đời nhằm giúp cho chúng ta có thêm cơ sở khoa học, công cụ hỗ trợ trong việc tính toán và phòng ngừa những sai sót, lãng phí không đáng có

Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả sử dụng số liệu đo đạc thực tế tại Côn Đảo để làm dữ liệu đầu vào và chương trình Matlab để lập trình, thiết kế phần mềm chuyên dụng cho việc tính toán Do hạn chế về mặt thời gian, cũng như kinh phí nên luận văn chỉ

có được số liệu trong một năm để phục vụ cho công việc mô phỏng Nhưng đây cũng sẽ là

cơ sở để nhân rộng mô hình cho các dự án điện gió sau này

Kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng năng lượng gió mà khu vực Côn Đảo sẽ mang lại, cũng như lựa chọn được loại turbine phù hợp với điều kiện khí hậu nơi đây Kết quả thực tiễn sẽ góp phần vào việc xây dựng nhà máy điện gió đầu tiên tại huyện Côn Đảo

Trang 6

ABSTRACT

Power is one of necessary demands of human life and an indispensable factor to manufacturing activities However, not every area is able to connect to the national power grid, especially islands Therefore, on-site generation by using renewable energy, which in this case is wind power is a feasible solutions to reduce load for national power grid as well

as provide electricity for people in distant regions

There are a lot of risks when it comes to constructing a wind power factory Detailed analysis is required However, current researches related to this subject concentrates mostly

on data collecting and state estimation Those researches haven’t focus on analysing wind power potential, ah turbulence in areas where wind turbines will be built, and proper configuration to make system work stably, while all those things impact a lot on the capital cost

In the current circumstance, the subject “Investigation, calculation and design of wind-diesel hybrid power system” was conceived to provide US more tools and scientific base for designing and preventing unnecessary failure and waste

During making this thesis, the author used data which were measured at Con Dao island as model input and used Matlab software for programing, designing Due to limited time and capital cost, the input series for modeling was collected within one year However, this is still a good reference source for the following wind power projects

The research result shows the wind power potential of Con Dao area, as well as adequate wind turbine for Con Dao’s weather The practical result will contribute into constructing the first wind power factory in Con Dao

Trang 7

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan kết quả của luận văn là thành quả lao động của bản thân, không sao chép từ bất kỳ công trình nghiên cứu của tác giả khác, số liệu và tài liệu tham khảo sử dụng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng theo đúng quy định của Bộ Giáo dục và Đào tạo Tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn về các kết quả của luận văn

Tp HCM, ngày 15 tháng 06 năm 2015

Trương Trọng Hiếu

Trang 8

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM NGUỒN GIÓ CÔN ĐẢO 6

1.1 Tổng quan về năng lượng gió ố 1.1.1 Những ưu điểm của năng lượng gió ố 1.1.2 Những nhược điểm của năng lượng gió 7

1.2 Điều kiện tự nhiêntại Côn Đảo 7

1.2.1 Vị trí địa lý 7

1.2.2 Đặc điểm địa hình 8

1.2.3 Đặc điểm khí hậu - thủy văn 8

CHUƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG VÀ LỰA CHỌN TURBINE GIÓ .11

2.1 Công nghệ nhà máy điện gió 11

2.1.1 Tổng quan về công nghệ turbine gió 11

2.1.2 Công nghệ Nhà máy điện gió huyện Côn Đảo 13

2.1.3 Tối ưu hóa thiết kế công nghệ 14

2.2 Mô hình hóa thống kê dữ liệu gió 14

2.2.1 Số liệu tốc độ gió khu vực dự án 15

2.2.2 Giá trị tốc độ gió trung bình 17

2.2.3 Các công thức tính toán về năng lượng gió 18

2.2.4 Mô hình thống kê dữ liệu tốc độ gió 18

2.2.5 Mật độ công suất của vận tốc gió 20

2.2.6 Hiệu chỉnh tỷ trọng không khí theo nhiệt độ 21

2.2.7 Sự phân bố về tốc độ gió theo chiều cao 22

2.2.8 Mối tưomg quan giữa các đại lượng đặc trưng của hàm Weibull 25

2.3 Phân tích, đánh giá tiềm năng gió 25

2.3.1 Biến thiên tốc độ gió trung bình theo giờ trong năm 25

.3.2 Tần suất xuât hiện các cấp độ gió 27

2.3.3 Các đặc trưng thống kê của chuỗi số liệu phục vụ tính toán năng lượng 28

2.3.4 Quy đổi số liệu vận tốc gió 29

2.4 Lựa chọn công nghệ, công suất phát điện và ước tính sản lượng điện hàng năm 35

2.4.1 Lựa chọn kiểu turbine 35

2.4.2 Lựa chọn công nghệ turbine 37

2.4.3 Lựa chọn công suất phát điện 40

Trang 9

2.5 ước tính sản lượng điện hàng năm 43

2.5.1 Kết quả mô phỏng tần suất tốc độ gió 43

2.5.2 Đặc tính phát điện của máy phát turbine gió 45

2.5.3 ước tính sản lượng điện hằng năm 47

2.5.4 Tính toán cường độ nhiễu loạn và lựa chọn lớp turbine gió 49

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG WIND - DIESEL 54

3.1 Giải pháp ổn định công suất nhà máy 54

3.1.1 Sự cần thiết phải trang bị giải pháp ổn định 54

3.1.2 Sơ đồ hệ thống Wind - Diesel 56

3.1.3 Nguyên lý vận hành 57

3.2 Mô hình toán học của hệ thống Wind - Diesel 57

3.2.1 Mô hình turbine gió 58

3.2.2 Mô hình Battery 58

3.2.3 Mô hình máy phát điện Diesel 59

3.2.4 Mô hình tính toán lượng khí phát thải do Diesel tạo ra 60

3.3 Mô hình độ ổn định nguồn điện cung cấp của hệ thống 60

3.4 Cơ chế hoạt động của hệ thống Wind-Diesel-Battery 61

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KINH TẾ VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN WIND - DIESEL 65

4.1 Mô hình kinh tế 65

4.1.1 Mô hình doanh thu 65

4.1.2 Mô hình chi phí đầu tư ban đầu của hệ thống Wind - Diesel 66

4.1.3 Mô hình chi phí hàng năm của hệ thống Wind - Diesel 67

4.1.4 Phân tích so sánh các phương án đầu tư 69

4.2 Xây dựng phần mềm mô phỏng tính toán hệ thống Wind - Diesel 76

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 94

5.1 Kết luận 94

5.2 Kiến nghị 94

5.3 Hướng phát triển của đề tài 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

Trang 11

1

PHẦN MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, Chính phủ đang rất quan tâm hỗ trợ phát triển các dự

án điện gió tại Việt Nam Gần đây nhất là quyết định về việc phê duyệt danh mục Dự án

“Quy hoạch phát triển điện gió Việt Nam” sử dụng vốn hỗ trợ phát triển chính thức của Chính phủ Đức vào ngày 30 tháng 08 năm 2014

Để tiếp cận với những công nghệ nhà máy điện gió hiện đại trên thế giới, điều trước tiên là chúng ta phải có một nền tảng kiến thức cơ bản về năng lượng gió Đặc biệt, một dự

án điện gió dù là nối lưới hay độc lập thì hoạt động cốt lõi để đánh giá tính khả thi của một

dự án điện gió chính là quy trình đánh giá tiềm năng gió (WRA) Dữ liệu đầu ra của WRA

sẽ là dữ liệu đầu vào của các bước phân tích tài chính, đánh giá tính khả thi của toàn bộ dự

án

Hiện nay, tại Côn Đảo nói riêng cũng như các vùng sâu vùng xa trên khắp cả nước vẫn đang vật lộn với tình trạng thiếu điện, trong khi đó nhu cầu của người dân vẫn không ngừng gia tăng Để giải quyết thực trạng thiếu điện tại Côn Đảo, công ty cổ phần phát triển Tài Nguyên Xanh mong muốn phát triển xây dựng nhà máy điện gió tại đây để đáp ứng nhu cầu cho người dân cũng như giảm thiểu việc phát thải khí nhà kính

Với mong muốn nghiên cứu sâu về lĩnh vực điện gió, mặt khác, được sự tin tưởng

và ủy thác của công ty Tài Nguyên Xanh, từ thực tiễn nêu trên, việc lựa chọn đề tài: “Khảo

sát & Tính toán thiết kế hệ thống điện gió kết hợp Diesel cho huyện Côn Đảo ' làm luận

văn sẽ cung cấp thêm các thông tin khoa học phục vụ cho việc xây dựng nhà máy điện gió đầu tiên tại Côn Đảo cũng như tài liệu tham khảo hữu ích cho các dự án điện gió sau này

• Thiết kế hệ thống Wind - Diesel cho huyện Côn Đảo

• Xây dựng phần mềm tính toán về năng lượng gió đầu tiên trong nước

• Đánh giá tiềm năng gió dựa trên số liệu khảo sát

• Ước tính sản lượng điện hàng năm

• Tính toán thiết kế hệ thống điện gió kết hợp với hệ thống Diesel

• Phân tích, đánh giá hiệu quả kinh tế

• Đề xuất các giải pháp để nâng cao chất lượng hệ thống

Trang 12

-2-

> Phương pháp thực nghiệm: khảo sát thực địa nhằm thu thập số liệu đo gió trong một năm (số liệu thu thập tối thiểu để tính toán)

> Phương pháp toán học

• Phương pháp phân tích thống kê;

• Sử dụng hàm phân phối Weibull để tìm các đại lượng đặc trung của gió;

• Nhiệt động học đối với không khí;

• Phương pháp mô hình hóa: sử dụng phần mềm Matlab để thực hiện lập trình tính toán

Một số nghiên cứu đánh giá cho thấy Việt Nam có tiềm năng gió để phát triển các

dự án điện gió với quy mô lớn Bản đồ tiềm năng gió của Ngân hàng Thế giới (Worldbank, 2001) được xây dựng cho bốn nước trong khu vực Đông Nam Á (gồm: Việt Nam, Cam-pu-chia, Lào, và Thái Lan) dựa trên phương pháp mô phỏng bằng mô hình số trị khí quyển Tuy nhiên, các kết quả mô phỏng này được đánh giá là khá khác biệt so với kết quả tính toán dựa trên số liệu quan trắc của EVN, sự khác biệt này có thể là do sai số tính toán mô phỏng

Năm 2007, EVN cũng đã tiến hành nghiên cứu đánh giá tiềm năng gió, xác định các vùng thích hợp cho phát triển điện gió trên toàn lãnh thổ với công suất kỹ thuật 1.785

MW Trong đó miền Trung Bộ được xem là có tiềm năng gió lớn nhất cả nước với khoảng

880 MW tập trung ở hai tỉnh Quảng Bình và Bình Định, tiếp đến vùng có tiềm năng thứ hai là miền Nam Trung Bộ với công suất khoảng 855 MW, tập trung ở hai tỉnh Ninh Thuận

và Bình Thuận

Năm 2010, Bộ Công thương và Ngân hàng Thế giới đã tiến hành cập nhật thêm số liệu quan trắc (đo gió ở 3 điểm) vào bản đồ tiềm năng gió ở độ cao 80m cho Việt Nam Kết quả cho thấy tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 80m so với bề mặt đất là trên 2.400

MW (tốc độ gió trung bình năm trên 7 m/s)

Trang 13

LUẬN VĂN THẠC sĩ GVHD: TS NGUYỄN THẾ BẢO

SVTH: TRƯƠNG TRỌNG HIÉU

-3-

Bảng thống kê sơ bộ tiềm năng giỏ của Việt Nam ở độ cao 80m so với bề mặt đất

Gần đây, trong khuôn khổ hợp tác giữa Bộ Công thương (MoIT) và Dự án Năng lượng Gió GIZ (Hợp tác Phát triển Đức GIZ) (gọi tắt, Dự án Năng lượng Gió GIZ/MoIT), một chương trình đo gió tại 10 điểm trên độ cao 80m đang được tiến hành tại các tỉnh cao nguyên và duyên hải Trung Bộ (đo ờ 3 độ cao 80,60, và 40m so với bề mặt đất) Áp dụng các tiêu chuẩn IEC 61400-12 trong suốt quá trình đo gió Dự án này được mong đợi sẽ cung cấp dữ liệu gió cố tính đại diện cho các vùng có tiềm năng gió của Việt Nam để phục

vụ cho phát triển điện gió Ưong thời gian tói Ngoài ra, các báo cáo về quy trình và tiêu chuẩn lắp đặt cột đo gió cũng đang được hoàn thiện và sẽ là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhà phát triền điện gió nối chung

Hiện nay, các dự án phong điện đã triển khai như: Tuy Phong (120MW), Bạc Liêu (120MW), Phú Quý (3x2MW), Phương Mai 1 (30MW), Nhơn Hội (27MW), Duyên Hải (30MW), Đặc biệt, các dự án này đều phụ thuộc vào các đơn vị tư vấn nước ngoài (Fuhrlaender, GE, Vestas, GIZ.„) và dựa trên phần mềm WindPro, HOMER, WasP, để phân tích đánh giá tiềm năng gió, nghiên cứu tiền khả thi, khả thỉ, phân tích kỉnh tế-kỹ thuật Điều này cho thấy rằng, mặc dù đất nước ta hiện nay đang rất chứ trọng phát triển lĩnh vực điện gió, tuy nhiên chứng ta vẫn chưa cố một nghiên cứu đánh giá tiềm năng giỏ cho riêng Việt Nam một cách sâu rộng

Khố khăn của việc chậm phát triển này bắt nguồn từ việc thiếu sổ liệu quan trắc để phục vụ phát frìển điện gió Nhìn chung, các nghiên cứu về năng lượng gió chỉ dừng lại ở múc độ thống kê báo cáo sơ bộ, chưa đỉ sâu vào phân tích đánh giá tiềm năng gió cho từng khu vực cụ thể và đến nay chưa cố một công cụ, phần mềm tính toán năng lượng gió trong nước nào đáp ứng được Vì vậy, chung ta vẫn phải chịu sụ chi phổi và lệ thuộc rất nhiều vào các phần mềm tính toán của nước ngoài vối chỉ phí bản quyền hàng năm rất cao

Nhận thức được tầm quan họng của năng lượng tái sinh nói chung và năng lượng

Trang 14

— 4 —

gió nói riêng, chính phủ của nhiều quốc gia ưên thế giới đang dốc tiền của, nhân lực vào việc nghiên cứu và đưa vào sử dụng thực tiễn năng lượng gió, giúp giảm sự căng thẳng năng lượng ở các nước [19],

Năm 2009, Takashi Hiyama và Heri Suryoatmojo thuộc trường Đại Học Kumamoto

đã đi vào nghiên cứu tối ưu hóa hệ thống Wind - PV - Diesel và đánh giá lượng CO2 phát thải bằng thuật toán GA (Genetic algorithm) [15],

Năm 2011, hai tác giả R.Sebastián và Penax Alzola thuộc phòng nghiên cứu điện, điện tử và kỹ thuật điều khiển, trường Đại học Tây Ban Nha đã mô hình hóa thành công hệ thống Wind - Diesel độc lập với hệ thống lưu trữ năng lượng (BESS) dựa trên Matlab - Simulink Kết quả mô phỏng đã so sánh và chỉ ra sự cải tiến đặc biệt trong hệ thống có BESS và không có BESS [17], Trong nghiên cứu này, tác giả tính toán dựa trên khái niệm

về mức độ xâm nhập gió để thực hiện cho quá trình mô phỏng

Năm 2013, tác giả Saeid Lotíĩ Trazoiei đến từ trường Đại học Islamic Azad đi sâu vào nghiên cứu tối ưu hệ thống solar-wind-diesel cho khu vực nông thôn phía nam Iran [16], Mục tiêu chính của nghiên cứu đi vào tối ưu chi phí cho hệ thống với vòng đời dự án kéo dài đến 20 năm Để tìm ra chi phí thấp nhất và sự kết hợp giữa các thiết bị một cách tốt nhất, tác giả đã so sánh giữa các thuật toán ICA (Imperialist competitive algorithm) với các thuật toán PSO (Particle Swarm Optimization) và ACO (Ant Colony optimization) để tìm ra kết quả nhanh nhất và chính xác nhất

Năm 2014, nhóm tác giả Kehe Wu, Huan Zhou và Jizhen Liu thuộc trường Đại học Bắc Kinh, Trung Quốc đã bắt tay nghiên cứu tối ưu phân phối công suất phát điện của hệ thống Wind-PV-Diese-Battery với lưới điện bằng thuật toán HIAGA (Hybrid iteration adaptive genetic algorithm) Ket quả nghiên cứu chỉ ra tỷ lệ phân phối công suất tối ưu cho

hệ thống đảm bảo chi phí thấp nhất và tính ổn định hòa trộn cao nhất

Trang 15

5

tại Côn Đảo

Góp phần giảm bớt việc phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi trường sống cũng như góp phần tạo công ăn việc làm cho người dân huyện đảo

Nghiên cứu sâu về sự ảnh hưởng của các thông số đặc trưng của gió đến kết quả ước tính sản lượng điện hàng năm

Nghiên cứu tính toán cường độ rối loạn và phân tích chọn loại turbine gió phù hợp với điều kiện khí hậu tại khu vực khảo sát

Lần đầu tiên sử dụng công cụ mô hình hóa trong nước để đánh giá tiềm năng năng lượng gió cũng như việc phân tích đánh giá tính khả thi của dự án điện gió tại Côn Đảo

Trang 16

-6-

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÈ ĐẶC ĐIỂM NGUỒN GIÓ CÔN ĐẢO

1.1 Tổng quan về năng lượng gió

Gió là luồng dịch chuyển của không khí trên bề mặt Trái Đất Gió là nguyên nhân của bức xạ mặt trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, hơi nước và không khí nóng không đều nhau, sự chênh lệch nhiệt độ không khí giữa các bán cầu do bề mặt Trái Đất bị che khuất nên không nhận được bức xạ của Mặt Trời (hiện tượng ngày và đêm) và thêm vào đó là bức xạ mặt trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn nên cũng tạo ra sự khác nhau về nhiệt độ và vì thế dẫn đến sự khác nhau về áp suất giữa các vùng không khí trên Trái Đất, giữa xích đạo và 2 cực cũng như giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất, không khí

di động tạo thành gió Ngoài ra, Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng (so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên đã tạo thành các dòng không khí theo mùa Không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thẳng

mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu

Không khí di chuyển tạo thành gió nên gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa hình tại từng khu vực trên Trái Đất Do nước và đất có nhiệt dung riêng khác nhau nên ban ngày đất nóng lên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từ biển hay hồ vào đất liền Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước và hiệu ứng này xảy ra theo chiều ngược lại

1.1.1 Những ưu điểm của năng lượng gió

Năng lượng gió là nguồn nhiên liệu sạch vì được sinh ra bởi gió Năng lượng gió không gây ô nhiễm không khí như các loại nhiên liệu hóa thạch khác như: than, dầu, khí đốt,

Nguồn cung cấp năng lượng gió rất phong phú do gió xuất hiện ở mọi nơi trên bề mặt Trái Đất

Năng lượng gió là một dạng năng lượng có thể tự tái tạo lại được bởi tự nhiên Giá thành sản xuất điện năng từ gió ngày càng thấp do sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật ngày nay

Trang 17

-7-

1.1.2 Những nhược điểm của năng lượng gió

Mặc dù giá thành sản xuất điện năng từ gió càng ngày thấp tuy nhiên nó vẫn còn cao để có thể cạnh tranh với các nguồn năng lượng hóa thạch

Hiệu quả thu năng lượng gió còn phụ thuộc vào tiềm năng gió mạnh hay yếu của mỗi vùng nên đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu cao hơn so với các nguồn phát điện chạy bằng nhiên liệu khác

Năng lượng gió là một nguồn năng lượng không ổn định, không liên tục và không

dự trữ được Mặt khác, năng lượng gió có thể khai thác không đồng thời với thời điểm mà có nhu cầu về phụ tải

Trong nhiều trường hợp, nơi có năng lượng gió tốt thường ở những vị trí cách xa khu trung tâm hoặc vùng phụ tải

1.2 Điều kiện tự nhiên tại Côn Đảo

Điện gió Côn Đảo - Giai đoạn 1 nằm trên vịnh Côn Sơn, huyện Côn Đảo bao gồm

3 khu vực chính là: Khu vực lắp turbine trên biển, khu vực trung tâm điều

Hình 1-1: Bản đồ huyện Côn Đảo (tình Bà Rịa-Vũng Tàu) và Bản đồ vị trí khu

vực dự án

Trang 18

-8-

1.2.2 Đặc điểm địa hình

Côn Đảo bao gồm 16 hòn đảo lớn nhỏ trong đó đảo lớn nhất là Côn Sơn chiếm khoảng 2/3 diện tích toàn quần thể, địa hình Côn Sơn chủ yếu là dạng đồi núi với các dây đồi đá granit, chạy dài từ Đông Nam đến Đông Bắc Đảo bị chia cắt thành hai khu vực có cao độ khác nhau:

- Khu vực thấp, tương đối bằng phẳng nằm ven bờ chạy xung quanh sườn các đồi núi, có độ cao trung bình 4-15m so với mực nước biển, độ dốc trung bình 3-25%

- Khu vực đồi núi, các điểm cao nhất trên đảo Côn Sơn là núi Thánh giá với độ cao 577m và núi Chúa cao 515m, các đảo nhỏ khác có độ cao trung bình 200m,

đa số các khu vực có độ cao trên 20m

1.2.3 Đặc điểm khí hậu - thủy vãn

Côn Đảo nằm gần xích đạo, có khí hậu nhiệt đới gió mùa, chịu ảnh hưởng của khí hậu đại dương nên tương đối mát mẻ, dễ chịu quanh năm Thời tiết ở Côn Đảo trong một năm thay đổi không nhiều, có đặc điểm chung của khí hậu khu vực Miền Nam, được người dân nơi đây khái niệm thành hai thời điểm cụ thể là mùa gió chướng và mùa nắng Mùa mưa ở Côn Đảo không kéo dài, vì vậy khí hậu và nhiệt

độ nơi đây luôn ổn định

Côn Đảo chịu ảnh hưởng bởi chế độ gió mùa, trong một năm có hai (02) trào gió mùa:

- Gió mùa Tây Nam từ Tháng V đến Tháng IX

- Gió mùa Đông Bắc từ Tháng X đến Tháng IV năm sau (về mùa này có nhiều cơn gió giật mạnh, tới cấp 6, cấp 7 và giật trên cấp 7 Do vậy, mùa này còn được gọi là mùa gió chướng) Thời gian còn lại là mùa nắng và thời tiết ổn định

- Gió Bắc - Đông Bắc xuất hiện vào mùa đông với tần suất là từ 30 - 50%, và Tây - Tây Nam vào mùa hè với tần suất là từ 60 -70%

Trang 19

Biểu đồ 1-1: Biểu đồ tốc độ gió trung bình các thảng trong năm (độ cao 10m)

Biểu đồ vận tốc gió tại độ cao 10m

Vùng Côn Đảo có hai (02) mùa phân biệt rõ rệt là mùa mưa và mùa khô:

- Mùa mưa: Từ hạ tuần Tháng rv đến thượng tuần Tháng XII Mưa cao điểm vào các Tháng VIII, IX về mùa này, khí hậu khá ẩm ướt, lượng mưa trưng bình là 2.200mm/năm

- Mùa khô: Từ trưng tuần Tháng XII đến trưng tuần Tháng IV, khí hậu mát mẻ, nhiệt độ trung bình hàng năm là 27°c Tháng II là tháng mát mẻ nhất, nhiệt độ trung bình chỉ khoảng 22°c, còn tháng năm là tháng oi bức nhất, nhiệt độ có lúc lên tới 34°c Mùa khô có gió mạnh từ Đông Bắc hoạt động khoảng từ Tháng

I đến Tháng II thường tạo ra những đợt sóng lớn và làm cho tầm nhìn bị hạn chế Ngoài ra, quần đảo cũng bị ảnh hưởng bởi những trận bão lớn ở các khu vực xung quanh trong những năm gần đây

Các đặc điểm khí hậu khác:

Min Mean Max

Tháng

Trang 20

-10 -

- Nhiệt độ không khí trung bình năm là 26,6°c

- Độ ẩm không khí trung bình là 80%

- Tốc độ gió trung bình: 4 m/s

- Tốc độ gió tối đa: < 30 m/s

Với điều kiện thuận lợi trên thì việc xây dựng Nhà máy điện gió huyện Côn Đảo không những làm giảm sự phụ thuộc vào nguồn điện Diesel, khắc phục tình trạng thiếu điện mà còn góp phần làm giảm phát thải khí nhà kính, không tạo ra chất gây

ô nhiễm môi truờng Năng luợng gió là huớng đi phù hợp để phát triển năng lượng bền vững, đảm bảo an ninh năng lượng cho Côn Đảo

Trang 21

-11 -

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG VÀ LựA CHỌN

TURBINE GIÓ

2.1 Công nghệ nhà máy điện gió

2.1.1 Tổng quan về công nghệ turbine gió

Turbine gió là thiết bị có chức năng chuyển đổi động năng của gió thành năng lượng cơ Năng lượng cơ này có thể sử dụng để phát ra năng lượng điện được gọi

là điện gió Các turbine gió hoạt động theo nguyên lý năng lượng của gió làm cho các cánh quạt quay quanh 1 rotor Rotor được nối với trục chính và trục chính sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát để tạo ra điện Turbine gió luôn được đặt trên trụ cao để thu hiệu quả năng lượng gió Ở trên cao so với mặt đất thì các turbine gió sẽ có tốc độ nhanh hơn và hạn chế được các luồng gió bất thường

Để có dây công suất turbine gió lớn, các turbine gió được tập hợp thành một nhóm với nhau được gọi là trang trại gió hay cánh đồng gió và nó sẽ cung cấp năng lượng lớn hơn cho lưới điện Các turbine gió có thể sử dụng cung cấp điện cho một mạng điện để phân phối mạng điện ra rộng hơn

về cấu tạo chung thì turbine gió đều được thiết kế với một rotor và một bộ phát

điện đặt tại đỉnh tháp Các turbine thường được lắp đặt theo hướng gió hoặc sử dụng cảm biến gió kết hợp với mô-tơ chế động Các turbine cũng có một hộp số để biến tốc độ xoay chậm của cánh quạt thành tốc độ xoay nhanh hơn, đủ để vận hành máy phát điện, cấu tạo các cột turbine gió thông thường bao gồm:

- Bộ đo lường tốc độ gió (Anemometer): Truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ điểu khiển

- Cánh quạt (Blades): Tiếp nhận năng lượng từ gió thổi qua để chuyển động và quay

- Bộ hãm (Brake): Để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấp

- Bộ điều khiển (Controller): Bộ điều khiển sẽ giới hạn tốc độ gió khởi động và tốc độ gió ngắt động cơ để dừng các máy phát

- Hộp số (Gear box): Tập hợp các bánh răng để nối trục có tốc độ thấp với trục

có tốc độ cao nhằm tăng tốc độ đến mức yêu cầu của máy phát điện

- Máy phát (Generator): Thiết bị phát ra điện

- Trực truyền động tốc độ cao (High - speed shaft): Trục truyền động của mảy phát ở tốc độ cao

Trang 22

- 12 -

- Trực truyền động tốc độ thấp (Low - speed shaft): Trục quay tốc độ thấp

- Vỏ (Nacelle): vỏ bọc ngoài dùng bảo vệ các thành phần bên trong vò, phải đủ rộng để một người vận hành có thể đứng bên trong trong khi làm việc

- Hệ thống điều chỉnh góc quay của cánh quạt (Pitch): Dùng đề điều chỉnh gỏc nghiêng của cánh, cánh được xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho vận tốc quay của rotor không quá cao hay quá thấp để tạo ra điện

- Hệ thống điều chỉnh góc quay của vỏ (Yaw system)

- Rotor: Bao gồm các cánh quạt và trục

- Tháp (Tower): Trụ đỡ Nacelle Được làm bằng thép hình trự hoặc thanh dằn

Hình 2-1: cấu tạo và các thành phần của một turbine gió điền hỉnh

Việc phân loại turbine trong tiêu chuẩn IEC-1400-1 được xác định theo tốc độ giỏ trung bình, cường độ nhiễu loạn và một quy trình để xác định Tiêu chuẩn 1EC-1400-1 định nghĩa bốn lớp tiêu chuẩn gồm: I, n, m, rv và một lớp s Đổi với lớp s, tất cả các thông số trường gỉố phải được quy định bởi nhà sản xuất Tốc độ gió trung bình cho lóp I đến IV tương ứng là lOm/s, 8,5m/s, 7,5m/s và 6m/s Ngoài các lớp tiêu chuẩn, còn được chia thành lớp nhiễu loạn cao, nhiễu loạn trung bình và nhiễu loạn thấp (lớp A, Đ và C)

Trang 23

- 13 -

2.1.2 Công nghệ Nhà máy điện giỗ huyện Côn Đảo

Dự án Nhà máy điện gió huyện Côn Đảo được đầu tư với mục đích cấp điện cho khu vực huyện Đảo Nhà máy sẽ được trang bị các thiết bị hiện đại, các giải pháp tốt mang lại hiệu quả về sản xuất điện năng Công suất tổ máy được chọn trên cơ

sở phân tích an toàn cung cấp điện cho khu vực, tính ổn định lưới, và lỉnh hoạt trong điều độ phụ tải

Các hạng mục công nghệ chính của nhà máy dự kiến bao gồm:

- 2 trụ turbine giỏ đặt trên biển

- Hệ thống cáp ngầm biển

- Hệ thống Wind - Diesel

- Trạm ngắt 22kV

- Hệ thống cáp đấu nối trên bờ

- Các thiết bị phục vụ việc đấu nối với lưới điện khu vực

- Các hạng mục hạ tầng kỹ thuật;

Hình 2-2: Nhà mảy điện giỏ độc lập điển hình

2.1.3 Tối ưu hóa thiết kế công nghệ

Mặc dù tiềm năng của nguồn năng lượng gió tại khu vực dự án có đủ khả năng cung cấp năng lượng điện cho nhu cầu của huyện đảo, nhưng các nguồn năng lượng này phụ thuộc nhiều vào thiên nhiên do gió không thổi đều đặn nên không có khả năng cấp điện ổn định vì vậy năng lượng điện phát ra từ các turbine gió cần phải

Trang 24

- 14 -

được sử dụng kết hợp chung với các nguồn năng lượng khác để điều hòa công suất đầu ra và cung cấp năng lượng liên tục Phương án cung cấp điện hợp lý được đề xuất là nên kết hợp các nguồn điện truyền thống như nguồn điện diesel cho giai đoạn hiện tại và các nguồn điện lưới khác trong tương lai

Mặt khác, việc gió thổi không đều cũng như phụ tải điện không ổn định sẽ làm công suất phát điện của turbine gió và công suất phụ tải luôn biến động vì vậy cần thiết phải có một giải pháp kỹ thuật phù hợp để ổn định toàn bộ hệ thống Các yêu cầu giải pháp tối thiểu phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Bù công suất khi công suất phát từ năng lượng gió không đủ đáp ứng phụ tải

- Có nguồn phát kết hợp phải có khả năng thay đổi công suất mịn để điều hòa công suất đầu ra

- Có khả năng lắp thêm phụ tải để sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng gió trong trường hợp công suất phát từ turbine gió lớn hơn nhu cầu phụ tải

- Thời gian đáp ứng phải đảm bảo đủ nhanh để ổn định hệ thống

- Tối ưu tiêu hao nhiên liệu khi vận hành nguồn năng lương kết hợp

- Vận hành ổn định và đảm bảo chất lượng điện năng

2.2 Mô hình hóa thống kê dữ liệu gió

Mô hình hóa thống kê dữ liệu gió là sự kết hợp giữa phương pháp thực nghiệm và phương pháp toán học

Phương pháp thực nghiệm: là cách thức đo đạc để thu thập số liệu chuỗi thời gian tốc độ gió, đây là cơ sở để đánh giá thống kê số liệu tốc độ gió theo giờ là dữ kiện đầu vào không thể thiếu để giải bài toán mô hình trong các lĩnh vực kỹ thuật sử dụng năng lượng gió số liệu tốc độ gió phải được theo dõi một cách có hệ thống

từ lâu bằng cách lập trạm quan trắc khí tượng để thu thập một cách chi tiết số liệu

về tốc độ gió liên tục trong từng khoảng thời gian suốt một thời gian dài, thông thường tối thiểu 01 năm Sự hạn chế cả về số lượng và chất lượng của số liệu tốc

độ gió ảnh hưởng rất lớn đến tính chính xác của kết quả bài toán

Phương pháp toán học:

- Lý thuyết xác suất thống kê

- Lý thuyết tính toán hàm mật độ phân bố Weibull

- Nhiệt động lực học đối với không khí

- Lập trình mô phỏng tính toán bằng Matlab

Trang 25

- 15 -

2.2.1 Số liệu tốc độ gió khu vực dự án

Địa điểm đo: tại Trạm viễn thông với các cao độ 30m, 50m, 60m trên mặt đất Thời gian đo: 03/2012 đến 03/2013

Thời điểm đo: 10 phút/1 lần

Thiết bị đo: Máy tự ghi liên tục trong ngày

Hình 2-3a: Hình ảnh thực tế lắp đặt phong tốc kế tại Trạm viễn thông

Trang 26

LUẬN VĂN THẠC sĩ GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO

SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU

- 16 -

Hĩnh 2-3b: Hình ảnh lẳp thiết bị đo gió và hướng gió

Hình 2-3c: VỊ trí lắp đặt phong tốc kế tại 3 độ cao 60m, 50m & 30m

Trang 27

- 17 -

2.2.2 Giá trị tốc độ gió trung bình

Với số liệu đầu vào là chuỗi số liệu tốc độ gió được đo và thu thập mỗi 10 phút/lần liên tục trong vòng 01 năm, các giá trị trung bình sau sẽ được xác định [6]:

- Vận tốc gió trung bình mỗi giờ trong ngày:

sỉ Vi y =

tb 6

Trong đó:

Vj -Vận tốc gió trong mỗi 10 phút

- Vận tốc gió trung bình của từng ngày:

y = *'”■

v tb —

Trong đó:

Vj.- Vận tốc gió trung bình từng giờ trong ngày -

Vận tốc gió trung bình ngày trong tháng:

T/

Va ~ n Trong đó:

Vj -Vận tốc gió trung bình từng ngày trong thảng n: Số ngày trong thảng

- Vận tốc gió trung bình ngày trong năm:

v “ = N Trong đó:

Vj." Vận tốc gió trung bình từng ngày trong năm N: số ngày trong năm

- Vận tốc gió trung bình tháng trong năm:

Trong đó:

Vj.' Vận tốc gió trung bình từng thảng trong năm

24

Trang 28

- 18 -

2.2,3 Các công thức tính toán về năng lượng giỗ

Năng lượng giỏ là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất

Mối quan hệ giữa vận tốc và công suất gió:

Turbine

- Không khí chuyển động với vận tốc V

- Khối lượng không khí (m) đi qua một mặt phang hình tròn vuông góc với chiều gió

2.2.4 Mô hình thống kê dữ liệu tốc độ gió

Phương pháp mô hình hóa thống kê được áp dụng để dụ đoán quy luật về tốc độ giỏ nhằm tạo ra chuỗi số liệu tốc độ gió theo giờ trong thời gian một năm

Trong đó, phân bố xác suất Weibull là một dạng hàm phân bố thường dùng để mô

Trang 29

-19 -

tả thống kê sự xuất hiện của các đại lượng cực trị trong khí tượng, thuỷ văn và dự báo thời tiết Hàm Weibull là một mô tả toán học hợp lý cho các đồ thị tốc độ gió Phân bố này được dùng để phân tích xác suất, dự đoán thời gian vận hành và điện năng được sản xuất từ gió

Hàm mật độ xác suất Weibull [1]:

pd(v) = exp (- IjJ J, (v > 0) (2 — 4) Trong đó:

k: Thông số hình dạng (shape factor) A: Thông số tỷ lệ (scale factor)

Các đồ thị phân bố tần suất được tạo ra bằng cách phân nhóm tốc độ gió Thông số hình dạng k và thông số tỷ lệ A cho phép điều chỉnh hàm Weibull theo các phân

bố tần suất đo được Đối với mỗi khu vực sẽ có các giá trị k, A khác nhau

Hình 2-4: Hàm mật độ xác suất Weibull ứng với các giả trị k

Trang 30

- 20 -

2.2.5 Mật độ công suất của vận tốc gió

Để thấy được sự ảnh hưởng của phân bố thống kê tốc độ gió đến công suất phát điện, chúng ta cần phải tính toán mật độ công suất của vận tốc gió

- Mật độ công suất (PD) được định nghĩa:

Trong đỏ: V là vận tốc gió (m/s), pd(v) là hàm mật độ xác suất Weibull

Theo quy ước, cường độ gió tại khu vực khảo sát được phân loại dựa vào mật độ công suất để đánh giá tiềm năng năng lượng gió của khu vực đó

Để thực hiện việc đánh giá tiềm năng gió cho một khu vực khảo sát nào đó Theo bảng 2-1 người ta sẽ phân ra thành 7 cấp độ gió, tùy theo kết quả tính toán mật độ công suất ở công thức 2-6, chúng ta sẽ biết được khu vực đó có tiềm năng gió hay không

Ngoài ra, tùy thuộc vào từng cấp độ mà chúng ta xem xét có nên đầu tư hay không

Do đó, đây là một bước tính toán rất quan trọng trong việc đánh giá tiền khả thi, khả thi

Trang 31

Vận tốc trung bình, m/s

Mật độ công suất, w/m2

Vận tốc trung bình, m/s

2.2.6 Hiệu chỉnh tỷ trọng không khí theo nhiệt độ

Thông thường, năng lượng gió được khảo sát ở nhiệt độ môi trường Tỷ trọng không khí p cũng là một yếu ảnh hưởng đến mật độ công suất (PD) Quan hệ giữa

PD và p là quan hệ tuyến tính

Tỷ trọng không khí phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, độ ẩm tương đối, càng lên cao, cả áp suất và nhiệt độ cùng giảm Công thức tính toán tỷ trọng không khí được dựa trên tính toán của khí lý tưởng [3]:

- T: Nhiệt độ tuyệt đối, (K)

Với p = n/v, Khối lượng mol trên một đơn vị thể tích

"=£ (2-8) Như vậy, nếu xét trong M (gam) khối lượng phân tử của không khí Tỷ trọng được tính theo công thức bên dưới:

Trang 32

2.2.7 Sự phân bố về tốc độ gió theo chiều cao

Tốc độ gió thường được đo ở một độ cao nhất định từ mặt đất Tuy nhiên, nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng gió đôi khi cần xem xét tốc độ gió ở các độ cao khác nhau Trong thực tế, ma sát giữa không khí và mặt đất làm giảm tốc độ gió gần mặt đất, do đó có thể nói vận tốc gió là hàm số của độ cao

Mối tương quan giữa vận tốc và độ cao được biểu diễn bằng công thức:

Trang 33

- 23 -

Hình 2-6: Sự phân bồ tắc độ gió theo chỉều cao

Trong các trường hợp muốn ngoại suy tốc độ giỏ thì hệ số Y có thể xác định bằng

công thức sau:

log^2-

& V Ị

1 h-2

Ngoài ra, trong các trường hợp thiếu số liệu quan trắc, người ta có thể sử dụng bảng

tra để ước tính sơ bộ hệ số Y để phục vụ tính toán tùy theo từng trường hợp cụ thể

Dựa vào bảng 2-2, ta thấy rằng bề mặt địa hình càng ít vật cản trở thì hệ số Y càng

bé Ví dụ như bề mặt biển ngoài khơi (Y = 0,08) và ngược lại đối với các thành phố

lớn với các tòa nhà cao tầng (Y = 0,39) có hệ số chênh tốc cao gấp 4, 5 lần

(2 - 12)

Trang 34

LUẬN VĂN THẠC sĩ GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU

Địa hình trống trải, bề mặt trơn

Diện tích đất nông nghiệp không

có vật che chắn, có tòa nhà thưa

thớt, hoặc một vài ngọn đồi

Đất nông nghiệp với vài ngôi

nhà và hàng rào cây cao 8m với

khoảng cách chừng 500m

Trang 35

-25-

2.2.8 Mối tương quan giữa các đại lượng đặc trưng của hàm Weibull

Trong phân phối Weibull, ngoài 2 đại lượng đặc trưng k, A Người ta còn đưa ra mối liên hệ giữa các thông số khác của vận tốc gió như sau:

1

fk- l\fc Trung vị {Mode) = A I—-—I

Vận tốc trung bình {Mean) =

Trong đó: T(x) là hàm gamma, nếu X là số nguyên thì T(x) = x!

Để đơn giản trong tính toán 2 hệ số k, A khi biết vận tốc trung bình ta áp dụng công thức gần đúng sau:

-1.086

(2 “ 17)

r ( 1+ ỉ)

2.3 Phân tích, đánh giá tiềm năng gió

Đánh giá tiềm năng gió là việc ước tính mức độ mạnh hay yếu của nguồn năng lượng gió tại khu vực dự định lắp đặt turbine gió Kết quả đầu ra của việc đánh giá này sẽ dữ liệu đầu vào cho các bước tính toán tiếp theo Do đó, đây có thể xem là bước cốt lõi để xác định tính khả thi của một dự án điện gió

2.3.1 Biến thiên tốc độ gió trung bình theo giờ trong năm

2.3.I.I Số liệu gió theo giờ

Căn cứ theo chuỗi số liệu gió thu thập được trong vòng 01 năm, vận tốc gió trung bình giờ được sắp xếp theo giờ trong ngày từ Oh đến 23h ở các độ cao tương ứng 60m, 5 Om, 3 Om Các số liệu này được trình bày dưới dạng bảng và biểu đồ như bên dưới nhằm phân tích, đánh giá đặc tính tốc độ gió trung bình giờ trong ngày theo các độ cao khác nhau

(2 - 13)

(2 - 14)

(2 - 15)

Phưong sai = ơ 2 = V 2

Trang 36

- 26 -

Bảng 2-1: Tốc độ gió trung bình theo giờ tại các độ cao quan trắc của chuỗi

số liệu trung bình 10 phút từ Oh ngày 20/03/2012 đến 23h50 ngày 19/03/2013

30m (Kênh 3)

Trang 37

- 27 -

Vận tốc gió trung bình theo giờ trong ngày

Biểu đồ 2-1: Vận tốc gió trung bình theo giờ trong năm (từ Oh - 23h) tại các

độ cao quan trắc

2.3.1.2 Phân tích, nhận xét số liệu gió theo giờ

Đường biến trình tốc độ gió trưng bình giờ ở các độ cao quan trắc có hình dạng tương tự nhau

Từ sáng đến trưa, tốc độ gió có xu hướng tăng dần và đạt cực đại vào lúc quá trưa (từ 14h - 16h) sau đó giảm dần đến sáng hôm sau và đạt cực tiểu lúc khuya (lh - 3h) Tốc độ gió trung bình từng giờ buổi trưa lớn hơn trung bình từng giờ ban đêm

Do bức xạ bởi ánh sáng Mặt Trời nên gió thổi vào ban ngày thường mạnh hơn vào đêm và vì vậy mà thích ứng một cách tự nhiên với nhu cầu năng lượng nhiều hơn vào ban ngày Công suất dự trữ phụ thuộc vào độ chính xác của dự báo gió, khả năng điều chỉnh của mạng lưới và nhu cầu dùng điện

.3.2 Tân suât xuât hiện các câp độ gió

2.3.2.I Số liệu gió xác định tần suất xuất hiện

Căn cứ theo chuỗi số liệu gió thu thập được, vận tốc gió sẽ được tổng kết dưới dạng biểu đồ thể hiện tần suất xuất hiện tương ứng với tốc độ từ nhỏ hơn lm/s đến nhỏ hơn 25m/s ở độ cao điển hình 60m

Trang 38

-28-

Biểu đồ 2-2: Tần suất thẳng kê tốc độ giỏ thực tế ở độ cao 60m

2.3.2.2 Phân tích, nhận xét tần suất xuất hiện vận tốc gió

- Tần suất vận tốc gió từ 6m/s trở lên chiếm 60,5%

- Vận tốc giỏ lớn nhất quan trắc được là 3 l,59m/s (được trích từ kênh max của sensor đo tốc độ giỏ)

2.3.3 Các đặc trung thống kê của chuSỉ số liệu phục vụ tính toán năng lượng

2.3.3.1 Số liệu xác định các đặc trung thống kê

Dựa trên cơ sở chuỗi số liệu vận tốc gỉó trung bình 10 phút từ ngày 20/03/2012 đến 19/03/2013, sẽ tính toán được các đặc trưng thống kê của chuỗi số liệu gỉố quan trắc theo hàm phân bố Weibull Ta áp dụng các công thức tính k, A, PD Kết quả tính toán tại độ cao 60m như sau:

- Tỷ trọng không khí tại độ cao 60m: p = 1,170 kg/m3

Trang 39

2.3.4 Quy đồi số liệu vận tốc gió

Các số liệu đo gỉó thống kê thu thập trong vòng 01 năm ở các độ cao 30m, 50m, 60m sẽ được xử lý để áp dụng vào việc khảo sát các chuỗi số liệu nhằm xây dựng một mô hình bài toán mô phỏng để dụ đoán quy luật phân bố gió qua đỏ xác định các số liệu tốc độ gió cần thiết Do chuỗi số liệu thống kê về tốc độ không cố số liệu ở độ cao lắp cánh turbine là 80m, vì vậy cần thiết phải ngoại suy quy đổi từ chuỗi số liệu khảo sát ở những độ cao khác

Trên cơ sở chuỗi số liệu giỏ thu thập được, áp dụng công thức 2-12 để xác định được giá trị Y từ chuỗi số liệu tốc độ giỏ trung bình 10 phút từ đó có thể quy đổi tốc độ giỗ theo công thức tính Nhằm kiểm chứng tính chính xác của hệ số Y, bằng cách sử dụng chuỗi số liệu thống kê ở độ cao 60m để quy đổi vận tốc ở các độ cao 30m và 50m, sau đỏ sẽ so sánh và đánh giá các số liệu này với số liệu thực tế ở các

độ cao nỏỉ trên để kết luận tính hợp lý của giá trị Ỵ được lựa chọn Bằng phương phảp và cách thức như trên, các giá trị số liệu quy đổi và thống kê được liệt kê trong bảng và thể hiện trong biểu đồ sau:

Trang 40

- 30 -

Bảng 2-4: Tốc độ gió trung bình giờ trong năm tại các độ cao quan trẳc của

chuỗi số liệu thống kê và số liệu tính toán quy đổi

Giờ

Số liệu thống kê thực tế

Số liệu quy đổi theo độ cao

Wind Shear

7 60m

(Kênh 1)

50m (Kênh 2)

30m (Kênh 3) 80m 60m 50m 30m

Định dạng
Số trang	105
Dung lượng	3,18 MB
File đính kèm	Côn Đảo.rar (26 MB)