Năng lượng gió (phần 1) (NĂNG LƯỢNG tái tạo SLIDE)

Ch 3: Năng lượng gió 3.1 Lịch sử phát triển lượng gió 3.2 Các loại tuabin gió 3.3 Cơng suất gió 3.4 Ảnh hưởng chiều cao tháp Bài giảng Lịch sử phát triển lượng gió • Tuabin gió dùng để phát điện coi Charles F Brush, Cleveland, Ohio năm 1888 • 12 kW • Được dùng để nạp điện cho ắc-quy tầng hầm gia đình Note the person http://www.windpower.org/en/pictures/brush.htm Bài giảng Lịch sử phát triển lượng gió • Tuabin gió bên ngồi nước Mỹ dùng để tạo điện chế tạo Poul la Cour vào năm 1891 Đan Mạch • Được dùng để điện phân nước để chế tạo hydro cho đèn đốt khí trường học http://www.windpower.org/en/pictures/lacour.htm Bài giảng Lịch sử phát triển lượng gió • Tại Mỹ - hệ thống điện gió xây dựng vào cuối năm 1890 • Đến năm 1930 1940, hàng trăm ngàn hệ thống dùng khu nơng thơn chưa có điện lưới • Sự quan tâm bị suy giảm lưới điện mở rộng nguồn điện tin cậy, rẻ tiền mua dễ dàng • Khủng hoảng dầu vào năm 1970 tạo sóng quan tâm đến lượng gió đến phủ Mỹ dừng chương trình hồn thuế • Lại quan tâm từ năm 1990 Bài giảng Công suất lắp đặt điện gió tồn cầu Bài giảng Cơng suất điện gió lắp đặt hàng năm Bài giảng Thay đổi lịch sử kinh tế điện gió Nguồn: National Renewable Energy Lab (NREL), Energy Analysis Office Bài giảng 7 10 quốc gia lắp đặt điện gió nhiều Country MW Capacity % of Global Capacity PR China 62,364 26.2 USA 46,919 19.7 Germany 29,060 12.2 Spain 21,674 9.1 India 16,084 6.8 France 6,800 2.9 Italy 6,737 2.8 UK 6,540 2.7 Canada 5,265 2.2 Portugal 4,083 1.7 205,526 86.5% Total top 10 Bài giảng 2011 Bài giảng Bài giảng 10 Số cánh tuabin • Các tuabin ba cánh hoạt động êm tác động nhiễu động tháp thay đổi tốc độ gió theo độ cao truyền cách từ rôto đến trục truyền động Chúng có xu hướng gây ồn Tuy nhiên, cánh thứ ba làm gia tăng khối lượng chi phí tuabin đáng kể • Một rơto có ba cánh gây khó khăn cẩu lên buồng máy để lắp đặt thay Bài giảng 19 Cơng suất gió • Xét động “gói” khơng khí với khối lượng m di chuyển với vận tốc v KE = mv (6.1) • Chia cho thời gian để nhận cơng suất  m passing though A  Power through area A =  (6.2) ÷v 2 t  • Tốc độ truyền khối (ρ kl riêng khơng khí) m passing though A m&= = ρ Av t Bài giảng (6.3) 20 Cơng suất gió Kết hợp (6.2) (6.3), Power through area A = ( ρ Av ) v 2 Công suất gió PW = ρ Av (6.4) PW (W) = cơng suất gió ρ (kg/m3) = kl riêng kk (1.225kg/m3 15˚C atm) A (m2) = tiết diện mà gió xuyên qua v (m/s) = tốc độ gió theo phương pháp tuyến A (1 m/s = 2,237 mph) Bài giảng 21 Cơng suất gió • Công suất tăng theo lũy thừa ba vận tốc • Tốc độ gấp đơi tạo cơng suất gấp tám • Năng lượng gió 20 mph lượng gió 10 mph • Quan hệ phi tuyến, khơng thể dùng tốc độ gió trung bình Cơng suất gió, m2 tiết diện, 15◦C atm Bài giảng 22 Cơng suất gió PW = ρ Av (6.4) • Cơng suất gió tỷ lệ thuận với A • Với tuabin gió trục ngang, A = (π/4)D2, cơng suất gió tỷ lệ thuận với đường kính bình phương • Chi phí gần tỷ lệ thuận với đường kính cánh • Điều giải thích lý tuabin lớn hiệu chi phí Bài giảng 23 Ví dụ – Năng lượng m2 Energy = ρ Av3 ∆t • 100 có gió m/s 3 Energy = ( 1.225 kg/m ) (1m ) ( m/s ) 100 h=13,230 Wh • 50 có gió m/s 50 có gió m/s – tốc độ gió trung bình m/s 3 Energy (3 m/s) = ( 1.225 kg/m ) (1m ) ( m/s ) 50 h=827 Wh 3 Energy (9 m/s) = ( 1.225 kg/m ) (1m ) ( m/s ) 50 h=22,326 Wh total = 23,152 Wh Đừng dùng tốc độ gió trung bình! Bài giảng 24 Mật độ khơng khí theo nhiệt độ – áp suất P ×M.W ×10−3 ρ= RT (6.7) • P = áp suất tuyệt đối (atm) • M.W = phân tử lượng khơng khí (g/mol) = 28,97 g/mol • T = nhiệt độ tuyệt đối (K) • R = số khí lý tưởng = 8.2056·10-5·m3·atm·K-1·mol-1 • Khối lượng riêng khơng khí tăng khí hạ nhiệt độ Bài giảng 25 Mật độ khơng khí hiệu chỉnh theo độ cao dP = P ( z + dz ) − P ( z ) = − g ρ dz (6.9) dP = −ρ g dz (6.10) Dùng 6.7, có phương trình vi phân theo áp suất: dP = −1.185 ×104 P dz (6.12) P = atm ×e −1.185×104 H (6.13) Với H tính m Bài giảng 26 Mật độ khơng khí – hệ số hiệu chỉnh • Có thể hiệu chỉnh khối lượng riêng khơng khí theo nhiệt độ cao độ hệ số hiệu chỉnh ρ = 1.225 KT K A (6.14) • Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ KT hệ số hiệu chỉnh cao độ KA ghi tương ứng bảng 6.1 6.2 Bài giảng 27 Mật độ khơng khí – hệ số hiệu chỉnh Bài giảng 28 Ảnh hưởng độ cao – độ nhám bề mặt • Vì công suất tăng theo lũy thừa ba tốc độ gió, dự đốn tác động kinh tế lớn từ gia tăng vừa phải tốc độ gió • Ở cách mặt đất vài trăm mét, có nhiều cản trở gió – bề mặt trơn tru (nước) tốt • Tốc độ gió cao cao độ cao – tháp cao tốt • Rừng tòa nhà làm giảm tốc độ gió nhiều • Có thể đặc trưng hóa ảnh hưởng bề mặt gồ ghề độ cao tốc độ gió Bài giảng 29 Ảnh hưởng độ cao – độ nhám bề mặt • Theo trường phái Mỹ α v  H  = ÷ v0  H  (6.15) • α = hệ số ma sát – bảng 6.3 • v = tốc độ gió độ cao H • v0 = tốc độ gió độ cao H0 (H0 thường 10 m) • Giá trị điển hình α khơng gian mở 1/7 • Với thành phố lớn, α = 0.4; nước lặng yên, α = 0.1 Bài giảng 30 Ảnh hưởng độ cao – độ nhám bề mặt • Cơng thức thay (dùng châu Âu) v ln( H / z ) = v0 ln( H / z ) (6.16) • z “chiều dài nhám” – cho bảng 6.4 • Chú ý hầu hết phương trình xấp xỉ thay đổi tốc độ gió theo độ cao độ nhám – tốt đo đạc thực tế 3α P v  H  =  ÷ = ÷ P0  v0   H  Bài giảng (6.17) 31 Ảnh hưởng độ cao – độ nhám bề mặt Với thành phố nhỏ, tốc độ gió 100 m gấp đơi 10 m Các khu vực có bề mặt trơn tru có thay đổi theo độ cao Bài giảng 32 Ví dụ – Ứng suất rơto • Tuabin gió có tâm 50-m rơto đường kính 30-m, α = 0.2 65 m • Tìm tỷ số cơng suất gió điểm cao thấp 50 m 3×0.2 P  65  = ÷ P0  35  = 1.45 35 m • Cơng suất gió đỉnh cánh cao 45%! Bài giảng 33 ... tuabin gió • “Cối xay gió? ??- dùng để nghiền hạt thành bột • Nhiều tên gọi khác - “máy phát chạy sức gió? ??, “máy phát gió? ??, “tuabin gió? ??, “máy phát tuabin gió (WTG)”, “hệ thống chuyển đổi lượng gió. .. độ gió theo phương pháp tuyến A (1 m/s = 2,237 mph) Bài giảng 21 Công suất gió • Cơng suất tăng theo lũy thừa ba vận tốc • Tốc độ gấp đơi tạo cơng suất gấp tám • Năng lượng gió 20 mph lượng gió. .. tuabin gió đặt nơi gọi “nơng trại gió? ?? hay “cơng viên gió? ?? Bài giảng 12 Các loại tuabin gió Bài giảng 13 Tuabin gió trục đứng • Rơto Darrieus – dạng trục đứng đạt thành cơng thương mại • Gió đập