Xây dựng mô hình máy phát điện gió công suất nhỏ, sử dụng động cơ rô to lồng sóc làm việc việc độc lập

Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRƢƠNG CƠNG CHÍ XÂY DỰNG MƠ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ CƠNG SUẤT NHỎ, SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ RƠ TO LỒNG SĨC- LÀM VIỆC ĐỘC LẬP Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN Mã số ngành: 60.52.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, 2011 CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hƣớng dẫn khoa học: TS TRƢƠNG VIỆT ANH Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2011 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÕNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP HCM, ngày 28 tháng 06 năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trƣơng Cơng Chí Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 05-05-1972 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên nghành: Thiết bị, Mạng Nhà máy điện MSHV: 01807725 I- TÊN ĐỀ TÀI: Xây dựng mơ hình máy phát điện gió cơng suất nhỏ, sử dụng động roto lồng sóc làm việc độc lập II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu sử dụng máy phát điện roto lồng sóc làm việc độc lập Xây dựng mơ hình máy phát điện gió cơng suất nhỏ, chi phí đầu tƣ thấp, hiệu suất cao dễ dàng ứng dụng đời sống xã hội III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 14-02-2011 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06-07-2011 V- CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS Trƣơng Việt Anh CÁN BỘ HƢỚNG DẪN TS TRƢƠNG VIỆT ANH CHỦ NHIỆM NGÀNH CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cƣơng luận văn thạc sĩ đƣợc hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày tháng năm 2011 TRƢỞNG PHÕNG ĐT – SĐH TRƢỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Tôi xin đƣợc trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Trƣơng Việt Anh , ngƣời tận tình hƣớng dẫn giúp đỡ tơi hồn thành tốt luận văn Tơi gửi lời cảm ơn đến Thầy, Cô khoa Điện – Điện Tử Phòng Đào Tạo Sau Đại Học – Trƣờng Đại học Bách khoa TPHCM tạo điều kiện thuận lợi trình học tập Và sau xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, đồng nghiệp bạn bè Trƣờng Cao Đẳng Điện lực TPHCM hỗ trợ tạo điều kiện cho tơi q trình học tập thực luận văn TP HCM, ngày 28 tháng năm 2011 Trƣơng Cơng Chí ABSTRACT Vietnam is in the age of rapid development, to adapt this demand Vietnam has been invested and built many hydro power plants, thermal power plants and a nuclear power plant The expansion of power network to the remote areas and islands is always taken care of, but in terms of economics it become a huge burden for the government The development in renewable energy to supply small loads is a clean solution It also reduce the pollution, lower the cost of generation Therefore, this is a good choice In this thesis, the author focus in building the model for small wind generation with cheap price, easy to run, fix, maintain This is suitable for small houses in Vietnam The content of this thesis includes: Building a model for a wind generator using squirrel rotor asynchronous generator to generate electric power for small houses below 10kW in remote areas and islands In addition to that, the thesis has made comparisons the single line diagrams between generators, frequency converters, UPS, diesel generators to find out an optimal solution in terms of ecomics and technical requirements for equipments The simulations has been made in Simulink in MatLab The trend for the developement of this thesis is based on the results Trường Đại học Bách Khoa TP HCMLuận văn Thạc sĩ CHƢƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI CBHD: TS Trương Việt Anh HVTH: Trương Cơng Chí Trường Đại học Bách Khoa TP HCMLuận văn Thạc sĩ I ĐẶT VẤN ĐỀ : Vấn đề giải toán lƣợng cho quốc gia tồn giới tốn nan giải toàn cầu nay, nguyên nhân tiềm ẩn phát sinh nhiều xung đột cấp quốc gia Nguồn lƣợng giới sử dụng, chủ yếu nguồn lƣợng hóa thạch (khoảng 80%) nhƣ: than, dầu mỏ, sản phẩm từ dầu mỏ, khí thiên nhiên…Tuy nhiên việc lạm dụng nguồn lƣợng dẫn đến nhiều vấn đề:  Trữ lƣợng dầu hữu hạn lƣợng tiêu thụ dầu giới thời gian tới tăng phải phụ thuộc vào dầu giá cao Khi giá thị trƣờng tăng lên việc ứng dụng kỹ thuật khai thác tiên tiến để lấy đƣợc dầu từ địa tầng sâu đƣợc đẩy mạnh nhƣ trữ lƣợng dầu có khả kha thác tăng lên Nhƣng khai thác đến nửa trữ lƣợng mỏ dù trữ lƣợng cịn dẫn đến suy giảm suất chuyển sang sụt giảm sản lƣợng  Do vậy, sản lƣợng dầu chất lƣợng tốt toàn giới chuyển sang khuynh hƣớng giảm thời kỳ sớm so với số năm khai thác, làm giảm khả trì sản lƣợng theo nhu cầu Khí thiên nhiên : Số năm khai thác khí tự nhiên dự đốn khoảng 60 năm Tài ngun khí tự nhiên, so với tài ngun dầu có ƣu điểm đảm bảo đƣợc lƣợng định khu vực Đông Nam Á thời gian khai thác lớn Thực tế gần 70% trữ lƣợng đƣợc đảm bảo phụ thuộc vào khu vực Trung Đơng Liên Xơ cũ, khơng thể khơng tính đến tác động ảnh hƣởng tình hình quốc tế Than đá : Các cơng trình nghiên cứu lƣợng dự đốn số năm cịn khai thác than khoảng 230 năm Nhƣng lƣợng khí CO2 thải trình sinh lƣợng lại lớn so với nhiên liệu hóa thạch khác nên sử dụng nguồn CBHD: TS Trương Việt Anh HVTH: Trương Cơng Chí Trường Đại học Bách Khoa TP HCMLuận văn Thạc sĩ nhiên liệu cần tính đến việc phịng chống tƣợng mơi trƣờng nhƣ ấm lên trái đất Tác hại việc sử dụng nguồn lƣợng hóa thạch:  Nhiên liệu hóa thạch nhƣ dầu, than, khí tự nhiên đốt cháy thải đioxít cacbon (CO2), ơxít sunphua (SOx), ơxít nitơ (NOx) Khi nồng độ CO2 khơng khí tăng lên nhiệt độ trái đất tăng lên Các nghiên cứu khoa học đƣa kết luận nhân loại tiếp tục đốt nhiên liệu hóa thạch nhƣ khí CO2 tiếp tục tăng lên sau 100 năm, nhiệt độ trung bình trái đất tăng lên hai độ làm ảnh hƣởng lớn trái đất  ngồi ra, ơxít sunphua (SOx), ơxít nitơ (NOx) nguyên nhân tạo tƣợng mƣa axít gây tác hại to lớn động thực vật trái đất Năng lƣợng gia tăng dân số : Năng lƣợng sử dụng giới quy dầu gần 8,5 tỷ tấn, 40% dầu, than khoảng 26% khí thiên nhiên khoảng 24% Lƣợng tiêu thụ lƣợng khác tuỳ theo quốc gia Ở nƣớc phat triển, có nhiều nƣớc mà lƣợng tiêu thụ lƣợng bình quân đầu ngƣời thấp 1/10 so với nƣớc phát triển Nhƣng gia tăng dân số tăng trƣởng kinh tế nƣớc phat triển làm ngƣời ta dự báo thời gian tới nhu cầu lƣợng giới tăng lên tập trung chủ yếu quốc gia phát triển  Tổng dân số giới năm 1996 vào khoảng 5,8 tỷ ngƣời, nhƣng đƣợc dự báo đến năm 2025 tỷ đạt tới 9,8 tỷ vào năm 2050, dân số nƣớc phát triển chiếm khoảng 80% Giả sử, mức tiêu thụ lƣợng nƣớc phát triển tăng gấp lần so với phải đối mặt với thời kỳ khó khăn việc đáp ứng cung cầu lƣợng hóa thạch mà chủ yếu dầu mỏ dễ sử dụng nguồn tài nguyên hữu hạn đến ngày rơi vào tình trạng cạn kiệt Tìm kiếm lƣợng thay thế? CBHD: TS Trương Việt Anh HVTH: Trương Cơng Chí Trường Đại học Bách Khoa TP HCMLuận văn Thạc sĩ Dạng lƣợng thay cho nhiên liệu hóa thạch lƣợng mặt trời, lƣợng từ sức gió, lƣợng sóng biển, lƣợng hạt nhân… dạng lƣợng cần phải phát triển, khai thác để sử dụng Có giải pháp nhanh chóng nâng cao sản lƣợng điện, đáp ứng nhu cầu điện thời gian không lâu: xây dựng trạm điện sức gió.Các máy phát điện lợi dụng sức gió đƣợc sử dụng nhiều nƣớc châu Âu, Mỹ nƣớc công nghiệp phát triển khác Sau thảm họa Chernobyl (Ukraine 1986), đấu tranh đòi hủy bỏ nhà máy điện nguyên tử Đức diễn ngày mãnh liệt nên điện sức gió phát triển mạnh, sản lƣợng vƣợt xa sản lƣợng thủy điện trở thành nguồn lƣợng đáng kể cƣờng quốc công nghiệp này, nhiên :  Sau tai nạn sóng thần 3/2011 vừa qua Nhật Bản, làm cho nhà máy điện hạt nhân bị rị rỉ, Tình hình khẩn cấp lị phản ứng hạt nhân Nhật Bản gây sóng phản ứng Liên minh châu Âu, trƣởng môi trƣờng yêu cầu thúc đẩy kiểm tra toàn diện hoạt động nhà máy hạt nhân thành viên Uỷ ban Châu Âu kêu gọi từ bỏ lƣợng hạt nhân  Sự kiện tranh luận việc quốc gia Lào dự định xây nhà máy thủy điện Xayaburi sông Mêkông tháng 4/2011, làm ảnh hƣởng đến vùng hạ lƣu hồi chuông cảnh báo lạm dụng mức thủy điện làm suy thoái hệ sinh thái mỏng manh sông Mêkông đe dọa sống hàng triệu ngƣời dân sống dựa vào dịng sơng Cũng nhƣ đập thủy điện tỉnh Quảng Nam phá nát hệ sinh thái rừng đầu nguồn tỉnh ví dụ  Vào ngày 30/05/2011, bắt nguồn từ khủng hoảng hạt nhân Nhật Bản, sau thƣơng lƣợng kéo dài phủ liên hiệp Đức, văn phịng Thủ tƣớng Đức Angela Merkel thơng báo : “chính phủ Đức hôm trở thành cƣờng quốc kinh tế đồng ý chấm dứt sử dụng điện hạt nhân, với lộ trình CBHD: TS Trương Việt Anh HVTH: Trương Cơng Chí Trường Đại học Bách Khoa TP HCMLuận văn Thạc sĩ đóng cửa nhà máy từ tới năm 2022” khẳng định "Đây định qn, dứt khốt rõ ràng” Vì thế, nghiên cứu ứng dụng luợng khác vấn đề đƣợc quan tâm nhiều Cùng với dạng lƣợng khác nhƣ lƣợng mặt trời, lƣợng sóng biển… Năng lƣợng gió lọai lƣợng dể dàng ứng dụng chí phí đầu tƣ thấp so với dạng lƣợng nêu trên, lý cần đẩy mạnh nghiên cứu ứng dụng lƣợng gió nhiều Sự nghiên cứu ứng dụng vế lƣợng gió tiến hành nhiều nhƣng phần lớn nghiên cứu ứng dụng phát điện công suất lớn kết nối với lƣới điện quốc gia mục tiêu phục vụ thƣơng mại Song song với hoạch định chiến lƣợc phủ phát triển ngành điện tƣơng lai, cần thấy nghiên cứu mơ hình phát điện gió nhỏ ( khoảng 1-50kw) kết hợp với lƣợng mặt trời hay máy phát diesel thành hệ thống phát điện độc lập cho hộ tiêu thụ, để phục vụ nhu cầu gia đình nạp acquy… vùng sâu vùng xa, hải đảo… Các trạm điện sức gió đặt gần nơi tiêu thụ điện, nhƣ tránh đƣợc chi phí cho việc xây dựng đƣờng dây tải điện Trạm điện sức gió đặt địa điểm vị trí khác nhau, với giải pháp linh hoạt phong phú Các trạm điện sức gió đặt ven biển cho sản lƣợng cao trạm nội địa bờ biển thƣờng có gió mạnh Dải bờ biển VN 3.000km tạo cơng suất hàng tỉ kW điện sức gió.Những mỏm núi, đồi hoang không sử dụng đƣợc cho công nghiệp, nông nghiệp đặt đƣợc trạm điện sức gió Trên mái nhà cao tầng đặt trạm điện sức gió dùng cho nhu cầu nhà cung cấp điện cho thành phố không dùng hết điện Trạm điện có ý nghĩa lớn thành phố bất ngờ bị điện Đặt trạm điện sức gió bên cạnh trạm bơm thủy lợi xa lƣới điện quốc gia tránh đƣợc việc xây dựng đƣờng dây tải điện với chi phí lớn gấp CBHD: TS Trương Việt Anh 10 HVTH: Trương Cơng Chí Trường Đại học Bách Khoa TP HCMLuận văn Thạc sĩ Hình3.21 : Cơng suất vào acqui Nhận xét: Chúng ta nhận thấy, điện áp bám sát theo yêu cầu, kết mô pu Về tần số, trình khởi động ban đầu trạng thái độ tần số dao động mạnh; nhiên tần số nhanh chóng xác lập Trong trình thay đổi tải, tần số hệ thống thay đổi nhƣng nẳm giới hạn cho phép Về mặt kinh tế: Mơ hình gồm : Bộ turbine gió: gồm quạt cánh, đƣờng kính sải cánh 3m, turbine gió có máy phát KĐB rơto lồng sóc 7,5 kw, Sản xuất Việt Nam Máy phát diesel chạy dầu: DHY 6000SE-3(7-7.5KW), Cơng ty Hữu Tịan sản xuất, Việt Nam Bộ Acquy: Acquy khơ, kiểu kín, dung lƣợng 400AH, 12V Sản xuất Hàn Quốc CBHD: TS Trương Việt Anh 95 HVTH: Trương Cơng Chí Trường Đại học Bách Khoa TP HCMLuận văn Thạc sĩ Số TT Thiết bị Chủng loại, Công suất Số Đơn giá Thành tiền nơi sản xuất (kw) luợng (USD) (USD) 1150 1150 400 AH 215 214 7.5 550 550 Máy phát DHY 6000SE-3(7.5-8KW), DIESEL Hữu Tòan (Việt Nam) Bộ xạc + Acquy khơ, kín, 400AH, Acquy Hàn Quốc Bộ turbine gió Việt Nam Tổng cộng 1914 Bảng 3.2: Bảng giá phương án Đối với phƣơng án ta phải tốn thêm chi phí nhiên liệu dầu diesel, cụ thể 21.100 vnđ/lít tƣơng đƣơng USD, kW công suất điện phát tiêu tốn khoảng 0.3 lít dầu Ta giả sử đồ thị gió, đồ thị phụ tải nhƣ bảng sau: STT Thời gian Tốc độ gió Pw Pt Pdi Lít dầu 0–6