Nghiên cứu phát triển hệ thống năng lượng gió trụ ngang công suất nhỏ sử dụng hiệu ứng hầm gió (wind cube)

Nghiên cứu phát triển hệ thống năng lượng gió trụ ngang công suất nhỏ sử dụng hiệu ứng hầm gió (wind cube) Nghiên cứu phát triển hệ thống năng lượng gió trụ ngang công suất nhỏ sử dụng hiệu ứng hầm gió (wind cube) Nghiên cứu phát triển hệ thống năng lượng gió trụ ngang công suất nhỏ sử dụng hiệu ứng hầm gió (wind cube)

TĨM TẮT Máy phát điện gió trục ngang cơng suất nhỏ sử dụng phổ biến nhiều nơi giới giúp giảm nguồn cung cứng điện Tuy nhiên, đa số máy thiết kế để hoạt động với tốc độ gió v > m/s sử dụng thành phố Hồ Chí Minh, nơi có tốc độ gió trung bình vào khoảng < m/s Các nghiên cứu hiệu ứng hầm gió (WindCube) cho thấy ứng dụng hiệu ứng hầm gió để giúp máy phát điện gió hoạt động tốc độ gió nhỏ tốc độ thiết kế Đề tài trình bày kết nghiên cứu việc xác định thơng số hầm gió thơng số liên quan khác cho máy phát điện gió cơng suất nhỏ (24V, 300W) Bằng kỹ thuật mô phỏng, kết cấu hầm gió xác định mơ hình thực tế chế tạo để kiểm nghiệm kết mô Số liệu thu từ mô qua kiểm nghiệm thực tế cho phép đề xuất kết cấu hầm gió cho máy phát điện gió cơng suất nhỏ hoạt động tốc độ gió vào khoảng 2,5 m/s iv ABSTRACT Small Horizontal-Axis Wind Turbine ̣(HAWT) is being placed more popular on over the world and reduced power supplied from the others However, most of them were designed to operate more than m/s wind speed, so it can’t be used in Ho Chi Minh city, where has everage wind speed is smaller m/s The studies of WindCube effects presented that small HAWT can be operated in smaller than the rated wind speed This article shows the results of the studies about WindCube’s parameter determination and others for a small wind generator (24V, 300W) The simulation technique was used to determine of the WindCube structure, a equipment model was made for the testing of the simulation results Experimental data from the simulation and testing process allow to suggest the WindCube structure for a small HAWT, which can operate about 2.5 m/s wind speed v MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC BẢNG x DANH SÁCH CÁC HÌNH xi Chương GIỚI THIỆU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài .2 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu .3 1.5.1 Phương pháp kế thừa 1.5.2 Phương pháp thu thập thông tin 1.5.3 Phương pháp tính tốn thiết kế 1.5.4 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 1.6 Kết cấu đồ án tốt nghiệp Chương TỔNG QUAN vi 2.1 Tổng quan lượng gió 2.1.1 Năng lượng gió 2.1.2 Nguyên nhân hình thành gió .5 2.1.3 Đơn vị hướng gió 2.1.4 Bản đồ gió Việt Nam 2.2 Tổng quan máy phát điện gió 10 2.2.1 Lịch sử phát triển máy phát điện gió .10 2.2.2 Giới thiệu tuabin gió 12 2.2.2.1 Tuabin gió trục ngang (HAWT) .13 2.2.2.2 Tuabin gió trục đứng (VAWT) 15 2.2.3 Những lợi ích sử dụng gió để sản xuất điện 15 2.3 Tiềm phát triển lượng gió cơng suất nhỏ Việt Nam 17 2.4 Hầm gió 19 2.5 Các nguyên cứu nước 19 2.5.1 Nguyên cứu nước 19 2.5.2 Nghiên cứu nước 22 2.6 Các vấn đề tồn nghiên cứu .22 Chương 23 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23 3.1 Cơ sở lý thuyết tuabin gió trục ngang 23 3.1.1 Khái niệm hoạt động thực rotor 23 3.1.2 Thuyết động lượng hệ số công suất rotor 24 3.1.3 Số Betz giới hạn 25 3.1.4 Cơng st tuabin gió 26 3.1.5 Tỉ số tốc độ đầu cánh (TSR) 28 3.1.6 Động lực học cánh tuabin 30 3.1.6.1 Góc Pitch (𝜷) 30 vii 3.1.6.2 Góc tới 𝜶 (Angle of attack) 30 3.1.6.3 Lực tác động lên cánh tuabin gió .30 3.1.7 Động lực học rotor 32 3.2 Cơ sở lý thuyết dòng chảy 37 3.2.1 Trạng thái chuyển động chất lưu 37 3.2.1.1 Tiêu chuẩn phân biệt hai trạng thái dòng chảy 38 3.2.1.2 Ảnh hưởng trạng thái chảy quy luật tổn thất cột nước 39 3.2.2 Tổn thất dọc đường 39 3.2.2.1 Công thức tổng quát Dacxi .39 3.2.2.2 Thí nghiệm Nicuratsơ .40 3.2.3 Tổn thất cục 41 3.2.3.1 Mất thay đổi tiết diện chảy 41 3.2.3.2 Mất thay đổi hướng chảy 42 3.3 Cơ sở lý thuyết hầm gió .43 3.3.1 Phương trình liên tục .43 3.3.2 Kết cấu hầm gió .44 3.3.3 Kết cấu hầm gió 45 Chương 47 XÁC ĐỊNH KẾT CẤU HẦM GIÓ 47 4.1 Ảnh hưởng hầm gió đến tốc độ gió .47 4.1.1 Chọn loại tuabin sử dụng thí nghiệm 47 4.1.2 Xác định hầm gió thí nghiệm 47 4.1.3 Mơ hầm gió thí nghiệm 48 4.1.4 Thí nghiệm 50 4.1.4.1 Mô tả thiết bị 50 4.1.4.2 Thiết bị đo kiểm .50 4.1.4.3 Các bước tiến hành thí nghiệm .51 viii 4.1.4.4 Thí nghiệm .52 4.1.5 Kết thảo luận 54 4.1.6 Đánh giá 54 4.2 Ảnh hưởng biên dạng đầu vào 54 4.3 Thiết kế kết cấu hầm gió 56 4.3.1 Thông số thiết kế hệ thống .56 4.3.2 Tuabin sử dụng 56 4.3.2 Xác định kết cấu hầm gió 57 4.3.2.1 Xác định đường kính ngoại tiếp .57 4.3.2.2 Xác định góc đầu thu 58 Chương 62 THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ .62 5.1 Mô hoạt động hầm gió .62 5.2 Thực nghiệm 64 5.2.1 Mô tả thiết bị .64 5.2.2 Thiết bị đo kiểm 65 5.2.3 Thiết bị tạo gió .65 5.2.4 Các bước tiến hành thực nghiệm 66 5.2.5 Thí nghiệm 67 5.3 Kết thảo luận 67 5.4 Đánh giá .68 5.5 Kết luận 68 Chương 69 KẾT LUẬN –KIẾN NGHỊ .69 6.1 Kết luận 69 6.2 Kiến nghị 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 ix DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1: Tiềm gió Việt Nam độ cao 65m so với mặt đất [8] Bảng 2: So sánh vận tốc gió trung bình EVN đồ gió WB [9] .8 Bảng 3: Tiềm năng lượng gió độ cao 80m theo atlas [3] 10 Bảng 1: Các thông số tuabin 47 Bảng 2: Thông số đầu vào .48 Bảng 3: Bảng số liệu tốc độ gió đầu vào, đầu 53 Bảng 4: Các giá trị thu từ mô thực nghiệm 54 Bảng 5: Thông số mô biên dạng đầu vào 54 Bảng 6: Bảng số liệu mô biên dạng đầu vào .55 Bảng 7: Các thông số tuabin gió Gudcraft 57 Bảng 8: Thông số mô biên dạng góc đầu thu .58 Bảng 9: Bảng số liệu mơ góc đầu thu 58 Bảng 10: Bảng tóm tắt tốc độ gió thu 59 Bảng 5.1: Bảng số liệu tốc độ gió đầu vào, đầu 67 Bảng 2: Chọn giá trị thực nghiệm 67 Bảng 3: So sánh số liệu thu từ thực nghiệm mô 67 x DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1 Cột xác định hướng gió Hình 2.2 Bản đồ gió độ cao 65m Hình 2.3: Bản đồ gió độ cao 30m Hình 2.4: Bản đồ phân bố tốc độ gió Việt Nam độ cao 80m [3] .9 Hình 2.5: Tuabin gió Charles F.Brush 11 Hình 2.6: Tuabin gió Poul la Cour 11 Hình 2.7: Tuabin gió trục ngang .13 Hình 2.8: Cấu tạo tuabin gió trục ngang 14 Hình 2.9: Tuabin gió trục đứng 15 Hình 2.10: Kết cấu hầm gió 19 Hình 2.11: Máy phát điện gió bước cánh thay đổi Windspot .20 Hình 2.12: Máy phát điện sức gió tuabin kín (CWT) 20 Hình 2.13: Máy phát điện gió WINCUBE 21 Hình 2.14: Máy phát điện gio INVELOX 21 Hình 3.1: Sự thay đổi áp suất vận tốc gió qua turbine 23 Hình 3.2: số giới hạn Betz 25 Hình 3.3: Năng lượng gió qua tuabin 27 Hình 3.4: Sơ đồ Cơng suất tuabin gió .28 Hình 3.5: Mối quan hệ TSR cP 29 Hình 6: Góc Pitch (β ) góc tới (α) 30 Hình 3.7: Sự di chuyển luồng gió vào cánh tuabin 31 Hình 3.8: Các thành phần lực tác dụng lên cánh tuabin [8] 31 Hình 3.9: Gió cánh tuabin gió trục ngang .32 Hình 3.10: Tam giác vận tốc gió .33 Hình 3.11: Biễu diễn thành phần vận tốc lên mặt cắt ngang cánh .35 Hình 3.12: Thí nghiệm Rây-nơn 37 Hình 3.13: Thay đổi đột ngột góc 90ᵒ 42 Hình 3.14: Phương trình liên tục dòng lưu chất .43 Hình 3.15: Kết cấu hầm gió 44 xi Hình 3.16: Vị trí đặt cánh tuabin gió 45 Hình 3.17: Kết cấu hầm gió 45 Hình 4.1: Thiết kế chế tạo hầm gió thí nghiệm 48 Hình 4.2: Mơ xác định tốc độ gió đáy nhỏ hầm gió 49 Hình 4.3: Hệ thống ống, tuabin gió cánh trục ngang 50 Hình 4.4: Thiết bị đo tốc độ gió cường độ dòng điện 51 Hình 4.5: Biến tần điều khiển động tạo luồng gió 51 Hình 4.6: Thiết bị đo đặt đáy lớn 52 Hình 4.7: Thiết bị đo đặt đáy nhỏ .52 Hình 4.8: Thí nghiệm tốc độ gió đáy nhỏ hầm gió 53 Hình 4.9: Biểu đồ đánh giá ảnh hưởng biên dạng đầu vào đến tốc độ gió 55 Hình 4.10: Thơng số hầm gió 56 Hình 4.11: Tuabin gió WG300-24V - 300W - 57 Hình 12: Biểu đồ so sánh ảnh hưởng góc độ đầu thu tới tốc độ gió 61 Hình 5.1: Thiết kế chế tạo hầm gió 62 Hình 2: Mơ xác định tốc độ gió đáy nhỏ hầm gió 64 Hình 5.3: Thiết bị thực nghiệm Gudcraft 64 Hình 5.4: Bố trí thiết bị thí nghiệm 64 Hình 5.5: Thiết bị đo kiểm 65 Hình 5.6: Thiết bị tạo gió nhân tạo 65 Hình 7: Thiết bị đo đặt đáy lớn .66 Hình 8: Thiết bị đo đặt đáy nhỏ 66 xii Chương GIỚI THIỆU 1.1 Lý chọn đề tài Kinh tế Việt Nam đà phát triển theo hướng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Thực tế, ngày nhiều máy móc đưa vào phục vụ cho sản xuất sinh hoạt người, nhu cầu nguồn lượng điện phục vụ cho hoạt động tiếp tục trì mức cao Tuy nhiên ngày nay, nguồn lượng thiếu hụt trầm trọng Mặc dù nhà nước có nhiều biện pháp để giải vấn đề như: xây thêm nhà máy phát điện, tăng sản lượng điện nhập khẩu, kêu gọi toàn dân thực tiết kiệm điện Nhưng tương lai, tình trạng thiếu điện vấn đề cấp bách Theo dự báo Tổng Công ty Điện lực Việt Nam, tốc độ tăng trưởng GDP tiếp tục trì mức 7,1%/năm nhu cầu điện sản xuất Việt Nam vào năm 2020 khoảng 200.000GWh, vào năm 2030 327.000GWh Trong huy động tối đa nguồn điện truyền thống sản lượng điện nội địa Việt Nam đạt mức tương ứng 165.000GWh 208.000GWh Điều có nghĩa kinh tế bị thiếu hụt điện cách trầm trọng tỉ lệ thiếu hụt lên tới 20-30% năm Máy phát điện gió sử dụng rộng rãi châu Âu, Châu Mỹ nhiều nơi khác Việt Nam lại chưa phát triển Hiện nguồn điện nước ta chủ yếu từ nhiệt điện khí, nhiệt điện than thủy điện Tuy nhiên việc khai thác nguồn lượng truyền thống có mặt trái gây biến đổi khí hậu nước, hạn hán vào mùa khô, lũ lụt vào mùa mưa Trong nguồn lượng tái tạo để tạo điện, lượng gió có nhiều ưu điểm rẻ, phân bố tồn lãnh thổ, dễ sử dụng, có trữ lượng vơ tận thân thiện với mơi trường Vì khai thác lượng gió nước ta hướng Máy phát điện gió trục ngang cơng suất nhỏ có kết cấu nhỏ gọn phù hợp với địa hình lắp đặt điều kiện kinh tế Việt Nam Do việc sử dụng máy Đáy lớn hầm gió cần chọn để đạt tốc độ gió  4,5 m/s đáy nhỏ (là tốc độ cần có để tuabin hoạt động) tính tốn theo phương trình liên tục (3.68): Đường kính đáy lớn, mm D1  V2 D22 4,5.8602   1154 V1 2,5 Hệ số an toàn K chọn đường kính lớn D1: K  1,1 1,5 Chọn K  1,15 Khi đường kính lớn D1 là: D1  1,15.1154  1327 Qui chuẩn ta chon: D1  1350 Đường kính đáy lớn xác định qua tính tốn D1= 1350 4.3.2.2 Xác định góc đầu thu Gió đại lượng có mật độ khơng cao, lựa chọn góc độ đầu thu thay đổi với tần số độ khơng có nhiều ý nghĩa (khơng ảnh hưởng nhiều đến kết mơ phỏng) Vì vậy, ta chọn góc độ đầu thu thay đổi với tần số độ Tiến hành mơ phần mềm ANSYS góc độ thay đổi từ 85; 90; 95…125ᵒ (bảng 4.8; 4.9) Bảng 8: Thơng số mơ biên dạng góc đầu thu Biên dạng đầu vào Góc đầu thu Trịn 85; 90;95;…;120;125ᵒ Đường kính Đường kính lớn nhỏ D1 = 1350 D2 = 860 Bảng 9: Bảng số liệu mơ góc đầu thu Góc độ 85 Tốc độ Lớn thu Đầu 9.31 90 Lớn 7.41 Đầu 58 9.83 95 Lớn 9.72 7.89 Đầu 7.79 Góc độ 100 Tốc độ Lớn 9.54 thu Đầu 7.63 105 Lớn 9.11 Góc độ 115 Tốc độ Lớn thu Đầu 8.56 120 Lớn 9.63 Đầu Đầu 8.20 8.67 Bảng 10: Bảng tóm tắt tốc độ gió thu 59 110 Lớn 8.77 Đầu 8.33 125 Lớn 9.5 Đầu 8.56 Góc độ đầu thu Vận tốc lớn thu Vận tốc đầu 85ᵒ 9.31 7.41 90ᵒ 9.83 7.89 95ᵒ 9.72 7.79 100ᵒ 9.54 7.63 105ᵒ 9.11 8.20 110ᵒ 8.77 8.33 115ᵒ 8.56 120ᵒ 9.63 8.67 125ᵒ 9.5 8.56 Vận tốc lớn vận tốc thu vị trí giao góc đầu thu đường kính nhỏ hầm gió Vì gió tập trung vào góc nghiêng để gia tăng tốc độ, nên vừa khỏi góc nghiêng gió đạt tốc độ cao Vận tốc đầu nơi tốc độ gió làm cho tuabin hoạt động Tại nơi đây, gió có tốc độ cao thấp hịa lẫn lại với tạo nên tốc độ gió ổn định cho tuabin hoạt động tốt 60 Hình 12: Biểu đồ so sánh ảnh hưởng góc độ đầu thu tới tốc độ gió Thơng qua bảng số liệu thu từ mô Ta dễ dàng nhận thấy với tốc độ gió đầu vào 2.5 m/s góc đầu thu 2α=120ᵒ ta thu tốc độ gió vị trí đặt rotor lên đến 8.67 m/s Do ta chọn góc đầu thu hầm gió 120ᵒ để thu kết tối ưu Việc tập trung luồng gió để tăng tốc độ gió gây tượng dịng chảy rối bên hầm gió di chuyển từ đường kính lớn sang đường kính nhỏ, gây ảnh hưởng đến tính chất chuyển động làm giảm suất Tuy nhiên theo nghiên cứu thủy động lực học Euler Navier Stock: Reynolds đại lượng thứ nguyên đặc trưng cho vai trò tỉ đối lực nhớt “nếu kích thước vật tiếp giáp với chất lỏng hay chất khí có kích thước nhỏ với độ nhớt không lớn, Re không đáng kể lực ma sát đóng vai trị áp đảo Ngược lại, kích thước vận tốc vật lớn, Re >> độ nhớt lớn khơng ảnh hưởng tới tính chất chuyển động 61 Chương THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ 5.1 Mơ hoạt động hầm gió Hầm gió xác định qua tính tốn mơ D2= 1350, D1=860, 2α=120ᵒ a) Thiết kế b) Chế tạo Hình 5.1: Thiết kế chế tạo hầm gió Với mục đích tập trung luồng gió bên hầm gió tạo điều kiện dễ dàng cho việc lắp đặt tuabin gió vị trí, ta thiết kế hầm gió có thêm ống dẫn đáy để ổn định lưu lượng gió vào khỏi tuabin gió Như vậy, đường kính nhỏ ghép thêm ống dẫn có chiều dài 300 mm đường kính lớn 200 mm (hình 5.1) Tiến hành mơ phần mềm ANSYS với thông số thiết kế chế tạo hầm gió Khi thay đổi tốc độ gió đáy lớn kết mơ cho thấy đáy nhỏ hầm gió, tốc độ gió tăng tương ứng từ – lần Ở hình 5.3, đáy lớn tốc độ gió đầu vào thể màu xanh lam vào hầm gió luồng gió tập trung lại qua thành nghiêng 60˚ Lúc tốc độ tăng lên 62 thể màu cam đỏ, số vị trí bên đáy nhỏ hầm gió đạt tốc độ cao thể màu đỏ a)V1=1,5m/s, V2=4,88 m/s b) V1=1,7m/s, V2 = 5,55m/s c)V1=1,9m/s, V2=6,21m/s d) V1=2,1m/s, V2 =6,87m/s e) V1=2,3m/s, V2=7,52m/s f) V1=2,5m/s, V2=8,19m/s g) V1=2,7m/s, V2 =8,88m/s h) V1=2,9m/s, V2=9,53m/s i)V1=3,1 m/s, V2=10,2m/s j) V1=1,6m/s, V2 =4,9m/s k) V1=2 m/s, V2=6,54m/s l)V1=3 m/s, V2=9,87m/s 63 Hình 2: Mơ xác định tốc độ gió đáy nhỏ hầm gió Từ kết cấu thiết kế (hình 5.1) kết mơ (hình 5.2), ta thấy mơ hình hầm gió chế tạo có khả đón luồng gió có tốc độ V1 = 2,5 m/s sau qua hầm gió đạt tốc độ V2 = 8,19 m/s Như vậy, theo thông số kỹ thuật tuabin (bảng 2), kết mô tốc độ gió đáp ứng điều kiện hoạt động tuabin (V2  4,5 m/s) 5.2 Thực nghiệm 5.2.1 Mô tả thiết bị Tuabin gió cánh trục ngang, P = 300 W, D = 820 mm Hình 5.3: Thiết bị thực nghiệm Gudcraft Hầm gió thí nghiệm chế tạo với thơng số chính: đường kính ngoại tiếp D1=1350 mm, L1=200 mm, đường kính ngoại tiếp D2=860 mm, L2=300 mm (hình 5.1) Bố trí tổng thể thiết bị thí nghiệm trình bày hình 5.4 a) Mặt trước b) mặt sau Hình 5.4: Bố trí thiết bị thí nghiệm 64 5.2.2 Thiết bị đo kiểm Thiết bị đo tốc độ gió máy đo cường độ dịng điện, tốc độ gió hiệu điện thể hình 5.5 a) cảm biến đo gió YJFS -H4A5 b) Thiết bị đo số vịng quay Hình 5.5: Thiết bị đo kiểm Tốc độ gió đo qua cảm biến đo tốc độ gió (YJFS Wind Speed Sensor Pulse Signal H4A5) kết nối với máy tính 5.2.3 Thiết bị tạo gió Thiết bị tạo gió nhân tạo sử dụng quạt gió cơng nghiệp Propeller Ventilator SHT- 40 với tốc độ quay cánh quạt điều khiển biến tần, lưu lượng gió đạt đến 96 m3 áp suất gió khoảng 700 Pa Hình 5.6: Thiết bị tạo gió nhân tạo 65 5.2.4 Các bước tiến hành thực nghiệm Bước 1: Đặt thiết bị đo tốc độ gió đáy lớn (đường kính 1350 mm), sau điều khiển điều chỉnh biến tần để điều khiển động tạo gió tạo dịng khí có tốc độ thay đổi từ – 3,3 m/s Các số liệu tự động ghi lại bao gồm hiệu điện tốc độ gió Hình 7: Thiết bị đo đặt đáy lớn Bước 2: Thay đổi vị trí đặt thiết bị đo tốc độ gió đến đáy nhỏ (đường kính 860 mm), sau điều khiển động để thay đổi tốc độ gió ghi lại thơng tin đo bước Hình 8: Thiết bị đo đặt đáy nhỏ Bước 3: So sánh tốc độ gió hiệu điện vị trí đặt thiết bị đo tốc độ gió, sau so sánh với số liệu mơ 66 5.2.5 Thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm cách điều chỉnh biến tần để tạo gió có tốc độ thay đổi từ - 12 km/h cung cấp cho hầm gió, ta có bảng số liệu Bảng 5.1: Bảng số liệu tốc độ gió đầu vào, đầu Tốc độ đầu vào Tốc độ gió đầu Tốc độ gió đầu V2 Tốc độ gió đầu V2 V1(Vòng/ph) V2 (vòng/ph) (lần 1) (vòng/ph) (lần 2) (vòng/ph) v(lần 3) 97 (1,6 m/s) 329 345 341 150 (2,0 m/s) 489 485 506 173 (2,5 m/s) 553 547 562 223 (3 m/s) 667 672 656 Chọn giá trị lần thực nghiệm để tiến hành so sánh vói giá trị mơ Bảng 2: Chọn giá trị thực nghiệm Tốc độ đầu vào Tốc độ gió đầu V2 Tốc độ gió đầu V2 Hiệu điện đầu V1(Vòng/ph) (vòng/ph) (m/s) (volt) 97 (1,6 m/s) 341 ≈ 4,2 12,8 150 (2,0 m/s) 489 ≈ 5,7 17,5 173 (2,5 m/s) 553 ≈ 6,2 18,9 223 (3 m/s) 667 ≈ 7,4 20,2 5.3 Kết thảo luận Bảng 3: So sánh số liệu thu từ thực nghiệm mô STT Giá trị thực nghiệm Giá trị mô V1 = 1,6 m/s V2 = 4,2 m/s V1 = 1,6 m/s V2 = 4,9 m/s V1 = m/s, V2 = 5,7 m/s V1 = m/s, V2 = 6,54 m/s V1 = 2,5 m/s, V2 = 6,2 m/s V1 = 2,5 m/s, V2 = 8,19 m/s V1 = m/s, V2 = 7,4 m/s V1 = m/s, V2 = 9,87 m/s 67 Ta dễ dàng nhận thấy giá trị thực nghiệm đầu nhỏ so với q trình mơ khoảng 12 ~ 25% Việc sai lệch ma sát gió thành hầm gió điều kiện thí nghiệm cịn hạn chế (thiết bị tạo gió tập trung vào khoảng khơng gian định nên tốc độ gió đầu vào tiết diện không nhau) Do hiệu suất q trình thí nghiệm đạt chưa cao Từ bảng số liệu 5.2 ta rút kết luận: Các giá trị thực nghiệm tương đối xác so với giá trị mô Tốc độ gió tăng từ 2,46 ~ 2,85 lần, giúp cơng suất tuabin gia tăng 14 lần so với ban đầu Do hầm gió áp dụng vào thực tiễn cho máy phát điện gió trục ngang cơng suất nhỏ 5.4 Đánh giá Kết thử nghiệm cho thấy: - Tuabin gió hoạt động tốc độ gió thấp V1 = 1,6 (m/s) Ở tốc độ gió này, tuabin phát dịng điện có điện trung bình khoảng 12,8 (V) - Khi luồng gió khơng đổi, tuabin hoạt động ổn định: hầm gió đứng yên, số vịng quay tuabin đạt gần khơng đổi - Ở vận tốc gió V1 = (m/s) vận tốc gió thường gặp địa bàn thành phố Hồ Chí Minh - tuabin hoạt động ổn định với điện áp phát 22 (V) 5.5 Kết luận Một máy phát điện gió trục ngang sử dụng hiệu ứng hầm gió nghiên cứu phát triển Các tính tốn cho thấy hầm gió có kích thước D1 = 1350 (mm), D2 = 860 (mm), góc đầu thu 2α = 120ᵒ, tuabin hoạt động tốc độ gió thấp V1 = 1,6 m/s, cho tốc độ gió V2 = 4,2 m/s dịng điện 12,8 (V) (sử dụng tuabin phát điện DC Gudcraft có kí hiệu WG300-24V - 300W – 6) 68 Chương KẾT LUẬN –KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Kết nghiên cứu thực nghiệm rằng: - Hiệu ứng hầm gió cho phép tăng tốc độ gió 2,46 ~ 2,85 lần so với ban đầu, tuabin hoạt động vận tốc gió thấp - Hầm gió giúp gia tăng cơng suất lên đến 14, cao thiết bị gia tăng công suất máy phát điện gió WINCUBE (8 lần) INVELOX (6 lần) - Kết mô kiểm nghiệm qua mơ hình hầm gió thiết kế chế tạo cho thấy, hầm gió có kích thước đáy lớn D1 = 1350 mm đáy nhỏ D2 = 860 mm nhận luồng gió đầu vào với tốc độ khoảng 1,6 m/s tăng tốc lên đến 4,2 m/s đủ đáp ứng điều kiện để tuabin gió Gudcraf hoạt động (WG300-24V 300W – 6) 6.2 Kiến nghị Sau trình thực đề tài, tác giả xin đề xuất số vấn đề sau đây: - Tiếp tục nghiên cứu phát triển đề tài, để đề tài thực có ý nghĩa mặt thực tiễn, có khả ứng dụng cao - Có sách đầu tư cho lĩnh vực nghiên cứu thực dự án ứng dụng nguồn lượng tái tạo, đặc biệt ứng dụng lượng gió để phát điện 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Nguyễn Tấn Anh Dũng, Nghiên cứu lựa chọn công nghệ thiết bị để sử dụng lượng gió sản suất, sinh hoạt nông nghiệp bảo vệ môi trường Báo cáo tổng kết chuyên đề 16/5/2006 [2] Chu Đức Quyết, “Tính tốn thiết kế mơ hình hệ thống cánh Turbine gió kiểu trục đứng máy phát điện công suất 10KW”, luận văn thạc sĩ, Trường Đại học KTCN – Đại học Thái Nguyên,(2009) [3] Năng lượng gió Việt Nam, tiềm triển vọng [4] Vài nét lịch sử nghiên cứu phát triển máy phát điện chạy sức gió http://www.epu.edu.vn/Default.aspx?BT=5181 [5] Nguyễn Ngọc Tân, Cơng Nghiệp Điện Gió, thời báo kinh tế Sài Gịn & Trung tâm Châu Á-TBD,pp.8,Tp-Hồ Chí Minh,6/4/2012 [6] Cục Phát triển Doanh nghiệp, Apter Technology: Động phát điện sức gió hệ Cổng thơng tin doanh nghiệp, 03/2015, Website: http://www.business.gov.vn/tabid/96/catid/448/item/13068/apter-technologyđộng-cơ-phat-điện-sức-gio-thế-hệ-mới.aspx NƯỚC NGOÀI [7] Windspot, Variable Pitch Technology Patented by and Exclusive to Windspot Windspot, Feb 2011 Website: http://usa.windspot.es/windspot-news/smallwind-turbines/103/433/variable-pitch-technology-patented-by-and-exclusiveto-windspot [8] TrueWind Solution, LLC, Albany:New York, Wind Energy Resource Atlas of Southest Asia ,pp.13-18, 9/2001 [9] Nguyen Quoc Khanh:Information on wind energy of Viet Nam,pp.25.HaNoiVietNam,4/2011 [10] Dorn, J.G Earth Policy Institute (2008), Wind Indicator Data, http://www.earthpolicy.org/Indicators/Wind.htm March 4, 2008 [11] David Wood, Small Wind Turbine: Analysis, Design and Application, Springer-Verlag London Limited, 2011 [12] Darren Quick, Carbon nanotube-reinforced polyurethane could make for bigger and better wind turbines Gizmag Pty Ltd (Gizmag), Sep 2011, 70 Website: http://www.gizmag.com/carbon-nanotube-reinforced-polyurethaneblades/19685/ [13] Green Energy Technologies, LLC, Green Energy Technologies Launches WindCube(R) at Windpower 2009 PR Newswire MediaRoom, 2009 Website: http://www.prnewswire.com/news-releases/green-energy-technologieslaunches-windcuber-at-windpower-2009-61761307.html [14] Victoria Woollaston, The future of wind turbines? Bizarre-looking funnel produces SIX times more energy than traditional designs Daily Mail, Feb 2014 Website: http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2558377/Thefuture-wind-turbines-Bizarre-looking-funnel-produces-SIX-times-energytraditional-designs.html [15] James F Manwell, Jon G McGowan, Anthony L Rogers, Wind Energy Explained: Theory, Design and Application, 1st Edition, Wiley, 2009 [16] Kirke B., Evaluation Of Self-Starting Vertical Axis Wind Turbines For StandAlone Applications, PhD Thesis, Griffith University, 1998 [17] Mazharul Islam, David S.-K Ting, Amir Fartaj, Aerodynamic models for Darrieus-type straight-bladed vertical axis wind turbines, Renewable and Sustainable Energy Reviews 12(4):1087-1109, 2008 [18] Pope1 K., Naterer G F., Dincer I and Tsang E., Power correlation for vertical axis wind turbines with varying geometries, International Journal of Energy Research, Volume 35, Issue 5, pages 423–435 (2011) [19] Peter J Schubel, and Richard J Crossley, Wind Turbine Blade Design, Energies 2012, 5, 3425-3449; doi:10.3390/en5093425 [20] Paraschivoiu, Wind Turbine Design: With Emphasis on Darrieus Concept, 1st Edition, Polytechnic International Press, Canada, 2002 [21] Robert Gasch, Jochen Twele, Wind Power Plants: Fundamentals, Design, Construction and Operation, 2nd Edition, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2012 [22] TrueWind Solution, LLC, Albany:New York, Wind Energy Resource Atlas of Southest Asia ,pp.13-18, 9/2001 [23] Tushar K Ghosh , Mark A Prelas Energy Resources and Systems.Volume 2: Renewable Resources, Springer Science+Business Media B.V 2011 [24] Tony Burton, David Sharpe, Nick Jenkins, Ervin Bossanyi, Wind Energy Handbook, 2001 by John Wiley & Sons, Ltd, 2001, pp 140 [25] Wright AK (2005), Aspects of the aerodynamics and operation of a small horizontal axis wind turbine, PhD thesis, School of Engineering, University of Newcastle [26] Castelli M R., Betta S D and Benini E., Effect of Blade Number on a Straight-Bladed Vertical-Axis Darreius Wind Turbine, World Academy of Science, Engineering and Technology, Vol 61, No 13 (2013), pp 305-311 71 [27] Hill N., Dominy R., Ingram G and Dominy J., Darrieus turbines: The physics of self-starting, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part A Journal of Power and Energy 223(1), 2009 [28] De Lorenzo Group, Renewable Energies: Wind Power Trainer With Wind Tunnel (DL Wind -– B) De Lorenzo, 2014 WEBSITE [29] Năng lượng gió Việt Nam, tiềm chuyển vọng Internet:http://www.vietecology.org/Article.aspx/Print/16 4/2011 [30] GIZ/MoIT (2011), Thông tin lượng gió Việt Nam, Hà Nội, Việt Nam, tr.22 Web: www.windenergy.org.vn [31] Small Wind Turbine Design Notes Internet.http://users.aber.ac.uk/iri/WIND/ TECH/Wpcourse/20/6/2015 [32] Turbine Windspot 1,5KW Internet: http://vietnam.windspot.es/home-windturbines/products/88/windspot-15-kw.6/2016 [33] Turbine Gorlov Internet: https://en.wikipedia.org/wiki/Gorlov_helical_turbine [34] Travis Justin Carrigan Internet: www.hindawi.com/journals/isrn/2012/528418/ [35] Upwind turbine Internet:http://www.power-talk.net/upwind-turbine.html 72 ... giá khả ứng dụng hầm gió máy phát điện gió trục ngang cơng suất nhỏ - Ý nghĩa thực tiễn: + Đề xuất kết cấu hầm gió phù hợp ứng dụng tuabin gió trục ngang cơng suất nhỏ hoạt động tốc độ gió thấp... thiết kế hầm gió ứng dụng tuabin gió trục ngang cơng suất nhỏ - Thiết kế, chế tạo đánh giá khả ứng dụng hầm gió máy phát điên gió trục ngang cơng suất nhỏ giúp tuabin hoạt động tốc độ gió trung... vi nghiên cứu đề tài - Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu đề tài thiết kế, chế tạo hầm gió cho phát điện gió trục ngang cơng suất nhỏ - Phạm vi nghiên cứu: Đề tài dừng lại việc nghiên cứu