(Đồ án tốt nghiệp) ứng dụng năng lượng gió để phát điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ ÐỂ PHÁT ÐIỆN GVHD: PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH SVTH : NGUYỄN TRÍ CUỜNG MSSV: 13142028 SKL005165 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG GIĨ ĐỂ PHÁT ĐIỆN SVTH : NGUYỄN TRÍ CƯỜNG MSSV : 13142028 Khóa : 2013-2017 Ngành : Điện-điện tử GVHD : PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH Tp.Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tư – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày - tháng - năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Ngành: Giảng viên hướng dẫn: Ngày nhận đề tài: MSSV: Lớp: ĐT: Ngày nộp đề tài: Tên đề tài: Các số liệu, tài liệu ban đầu: Nội dung thưc đề tài: Sản phẩm: TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: .MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ tên Giáo viên hướng dẫn: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thưc hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: …………….Bằng chữ: Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: .MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ tên Giáo viên hướng dẫn: NHẬN XÉT 1.Về nội dung đề tài & khối lượng thưc hiện: 2.Ưu điểm: 3.Khuyết điểm: 4.Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5.Đánh giá loại: Điểm:……………….Bằng chữ: thán Tp Hồ Chí Minh, g ngày Giáo viên hướng dẫn năm 20… (Ký & ghi rõ họ tên) iii LỜI CÁM ƠN Với thời gian làm đồ án tốt nghiệp 16 tuần kiến thức thân cịn hạn chế nên báo cáo khơng tránh khỏi có thiếu sót Rất mong thầy nhận xét để em hồn thiện tốt báo cáo đồ án Ngồi sư nỗ lưc khơng ngừng tinh thần cầu tiến thân thành viên nhóm, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến với: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hồ Chí Minh truyền đạt cho em kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Khoa điện trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật tạo điều kiện tốt cho em trình thưc đồ án Thư viện trường cung cấp cho chúng em tài liệu cần thiết liên quan Đặc biệt thầy PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH người trưc tiếp truyền đạt, bảo, thầy cung cấp tài liệu kiến thức mới, cố kiến thức, giúp đỡ em tận tình suốt trình thưc đồ án Anh Phan Văn Thưởng lớp cao học KDD 16A nhiệt tình giúp đỡ đóng góp kiến thức q báu để tơi có thêm sở hoàn thành sở lý thuyết đồ án Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập hoàn thành đồ án tốt nghiệp iv LỜI MỞ ĐẦU Năng lượng yếu tố thiết yếu cho sư tồn phát triển xã hội trì sư sống Trái Đất Trong nhiều thập kỷ vừa qua , việc tiêu thụ lượng thế giới tăng lên với sư phát triển kinh tế, nhiên liệu hóa thạch dầu thơ, than đá khí tư nhiên chiếm phần lớn nguồn tiêu thụ Do sư khai thác sử dụng mạnh mẽ , nguồn lượng hóa thạch q giá, nguồn lượng khơng tái tạo cạn dần , dẫn đến nguy an ninh lượng nhiều quốc gia, khu vưc quốc tế Việc phát triển khai thác lượng tái tạo hướng quan trọng quan tâm thế giới Việt Nam Việt Nam nước đánh giá dồi lượng tái tạo (năng lượng gió, thủy điện, mặt trời) Năng lượng tái tạo tạo nguồn điện chỗ, rẻ tiền góp phần đảm bảo an ninh lượng Nếu đầu tư phát triển nguồn lượng tái tạo hướng, nguồn lượng góp phần quan trọng vào giải quyết vấn đề lượng, khai thác hợp lý tài ngun thiên nhiên, bảo vệ mơi trường, góp phần đảm bảo sư phát triển kinh tế bền vững Việt Nam Xuất phát từ thưc tế trên, em chọn đề tài “Mơ hình máy phát điện Turbine cánh kép “Đây đề tài nên q trình làm đồ án em khơng tránh khỏi sai sót hạn chế kiến thức Em mong nhận sư góp ý đánh giá thầy cô giáo môn Nội dung đồ án gồm có chương: Chương Tổng quan Chương Cơ sở lý thuyết Chương Mô hình Chương Thí nghiệm so sánh kết thưc tế Chương Kết luận hướng phát triển Làm đồ án tốt nghiệp giúp em củng cố thêm kiến thức học học hỏi thêm nhiều kiến thức Với sư hướng dẫn tận tình thầy PGS.TS Trương Việt Anh em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Trương Việt Anh quý thầy cô, bạn bè khoa tận tình giúp đỡ em hồn thành đồ án v MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CÁM ƠN LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Chương TỔNG QUAN 1.1Sơ lược lịch sử phát triển Turbine gió 1.2Tình hình lượng gió thế giới 1.3Tìm năng lượng gió Việt Nam 1.4Sư phát triển lượng gió Việt Nam 1.5Tính cấp thiết đề tài 1.6Nhiệm vụ mục tiêu đề tài 1.7Giới hạn phạm vi nghiên cứu đề tài 1.8Phương pháp nghiên cứu 1.9Kết dư kiến Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1Giới thiệu Turbine gió 2.1.1Turbine gió trục ngang (HAWT) 2.1.2Turbine gió trục đứng (VAWTs) 2.2Cơng suất Turbine gió 2.3Khí động học Turbine gió trục ngang 2.3.1Giới thiệu Turbine gió trục ngang hệ lớp cánh gh 2.3.2Các yếu tố lý thuyết cánh quạt thứ Turbin 2.3.3Thuyết động lượng hệ số công suất rotor cho 18 2.3.4Số Betz giới hạn 2.3.5Các yếu tố lý thuyết cánh quạt thứ hai Turbine 2.3.6Thuyết động lượng hệ số công suất rotor ch Chương vi MƠ HÌNH 23 3.1 Thiết kế cánh cho Turbine 23 3.1.1Profile cánh 23 3.1.2Chiều dài dây cung cánh 24 3.1.3Góc đặt cánh 27 3.1.4Xây dưng cánh Turbine bằng phần mềm Siemens NX11 29 3.2 Chọn máy phát cho Turbine 41 3.2.1Chọn máy phát 41 3.2.2Cấu tạo máy phát điện xoay chiều 42 3.3 Chọn chỉnh lưu cho Turbine 45 3.3.1Nắn dòng pha kỳ 45 3.3.2Nắn dòng pha theo sơ đồ cầu 46 3.3.3Nắn dòng ba pha kỳ 46 3.3.4Nắn dòng pha toàn kỳ 47 3.4 Chọn trục cho hệ thống Turbine 47 3.4.1Tháp 47 3.4.2Cột tháp dạng khung giàn 48 3.4.3Cột thép hình ống 48 3.4.4Cột thép dạng dây nối đất 48 3.5 Tính tốn chọn tải tiêu thụ 49 Chương 53 THÍ NGHIỆM VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ THỰC TẾ 53 4.1 Xác định thông số cần đo 53 4.2 Tiến hành thí nghiệm 55 4.3 So sánh kết thí nghiệm với lý thuyết chứng minh 59 4.3.1So sánh với định lí Betz 59 4.3.2So sánh với đồ thị Khảo sát sư biển thiên công suất vào giá trị biến trở R 60 4.3.3Kết luận 61 Chương 63 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT NACA : Neighborhood Assistance Corporation of America HAWT: Horizontal axis wind turbine VAWT :Vertical axis wind turbine BET : Blade element theory DRWT : Dualrotor wind turbine REVN: Renewable Energy Viet Nam viii Nguyên lý mắc điện trở shunt Thiết bị dùng để đo dòng điện gọi ampe kế Ampe kế mắc nối tiếp với phụ tải Khi dòng điện cần đo nằm giới hạn dịng tối đa chịu cấu, cho dòng điện chạy trưc tiếp qua đồng hồ Khi dòng cần đo lớn, ta phải mở rộng tầm đo cho ampe kế Đo dòng điện chiều: Nguyên lý đo: Các cấu đo điện từ, từ điện điện động hoạt động với dòng điện DC chúng dùng làm thị cho ampe kế DC.Muốn đo giá trị đo khác ta cần phải mở rộng tầm đo cho thích hợp Mở rộng tầm đo cho cấu đo từ điện Cách mở rộng tầm đo bằng điện trở Shunt Rs: Hình Cách mở rộng tầm đo cấu đo từ điện Trong đó: RS điện trở shunt Rm điện trở nội cấu đo Dòng điện đo: I = Im +IS Im dòng điện qua cấu đo IS dòng điện qua điện trở shunt Imax dòng điện tối đa cấu đo Ic dịng điện tối đa tầm đo Cách tính điện trở shunt Rs = − 54 4.2 Tiến hành thí nghiệm Xác định tham số đo được: - Xác định tham số đo cấp điện trở khác Tính - cơng suất vẽ đồ thị tham số hệ trục toạ độ - So sánh đồ thị cánh quạt tính hiệu suất Turbine Kết đo sau 20 cấp điện trở khác thể bảng sau Bảng tham số hoạt động độc lập lớp cánh Bảng Tham số hoạt động lớp cánh Lần Đo 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 55 Đồ thị biểu diễn công suất lớp cánh 180 160 140 120 100 80 60 40 20 Hình 4 Đồ thị biểu diễn đường công suất lớp cánh Bảng Tham số hoạt động lớp cánh Lần Đo 10 11 12 13 14 56 Đồ thị biểu diễn công suất lớp cánh 180 160 140 120 100 80 60 40 20 Hình Đồ thị biểu diễn đường công suất lớp cánh Bảng Tham số hoạt động đồng lớp cánh Lần Đo 57 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Đồ thị biểu diễn công suất lớp cánh 300 250 200 150 100 50 Hình Đồ thị biểu diễn đường công suất lớp cán 58 300 250 213 200 150 128 127 119 100 76 67 50 Hình Đồ thị biểu diễn đường công suất kết hợp 4.3 So sánh kết thí nghiệm với lý thuyết chứng minh 4.3.1 So sánh với định lí Betz Với kết thí nghiệm ta so sánh với kết định lý betz mơ hình Turbine gió 59 Đồ thị biểu diễn công suất lớp 300 250 213 200 150 100 50 Hình 8.Đồ thị so sánh định lí Betz cơng suất Turbine cánh kép Ta thấy mơ hình thí nghiệm thống kê tuyến tính chung cho phép tạo chuỗi số liệu cấp tải cho ta thấy điểm công suất cưc đại Turbine lớp cánh có hiệu suất cao so với Turbine lớp cánh Hiệu suất Turbine: Trong đó: P*1 cơng suất cưc đại cánh thứ hoạt động độc lập P*2 công suất cưc đại cánh thứ hai hoạ 4.3.2 So sánh với đồ thị Khảo sát biển thiên côn trở R 60 Đồ thị biểu diễn côn 300 250 200 150 100 50 Hình Đồ thị so sánh sư biến thiên công suất công suất Turbine Kết kiểm tra cho thấy mơ hình có đủ độ tin cậy cần thiết để áp dụng kỹ thuật, đặc biệt lượng tạo điển hình Turbine gió đánh giá tiềm phát điện sức gió để tiếp tục xây dưng mơ hình hồn thiện theo hướng xây dưng mơ hình hồn chỉnh áp dụng thưc tế 4.3.3 Kết luận Mơ hình thí nghiệm thống kê tuyến tính chung cho phép tạo chuỗi số liệu cấp tải cho ta thấy điểm công suất cưc đại Turbine lớp cánh Điểm cịn tồn lớn mơ hình hiệu suất Turbine lớp cánh chưa sát thưc với thưc tế chưa thể điều chỉnh chiều Turbine theo hướng gió chưa xét tốc độ gió mối quan hệ với thơng số khác Mặc dù kết kiểm tra cho thấy mơ hình có đủ độ tin cậy cần thiết để áp dụng kỹ thuật, đặc biệt lượng tái tạo điển hình Turbine gió đánh giá tiềm phát điện sức gió khu vưc lân cận thành phố Hồ Chí Minh vùng ven biển, đảo khu vưc Nam Kết đạt ban đầu để tiếp tục xây dưng mơ hình hồn thiện theo hướng xây dưng mơ hình hồn chỉnh áp dụng thưc tế, phục vụ hiệu việc giải quyết vấn đề ượng tái tạo tốt Độ tin cậy mơ hình đánh giá thông qua thông số so sánh mô 61 thưc nghiệm công suất Nhìn chung, kết mơ phù hợp với thưc nghiệm, nhiên số vòng quay thấp động cơ, q trình mơ dưa sở bỏ qua hao phí yếu tố môi trường nên hiệu suất đồ thị cao bị nhiễu so với kết thưc nghiệm Trên thưc tế trình quay Turbine gió khơng đều, đặc biệt tốc độ thấp, lượng lớn gió khơng tham gia vào q trình sinh cơng nên tiêu hao cao mà cơng suất mô men thấp so với kết mô Cịn tốc độ lớn có tượng rung lắc trình quay lớp cánh trước làm cho công suất lớp cánh sau bị giảm Và luồng khơng khí hổn loạn lớp cánh làm giảm hiệu suất Turbine, lí thút bỏ qua ́u tố luồn gió hổn loạn cánh để dễ dàng việc tính toán nên hiệu suất gần tuyệt đối Đặc tính mơ vùng hiệu suất cao cho kết tương ứng so với lý thuyết… 62 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Sau 16 tuần nghiên cứu tài liệu tìm hiểu thưc tế em hoàn thành nội dung cơng việc cụ thể sau : - Tìm hiểu lịch sử phát triển nguồn lượng gió máy phát điện chạy bằng sức gió - Phân tích khí động lưc học cánh gió turbine cánh kép xác định góc cánh điều khiển - Thiết kế cánh turbine quay thuận quay ngịch theo tiêu chuẩn NACA4412 - Tính tốn lưa chọn : trụ,tải trở,chỉnh lưu phận khác hệ thống Qua tìm hiểu nghiên cứu tính tốn thiết kế mơ hình turbine gió cánh kép em thấy turbine gió nguồn lượng phát triển tương lai gần.Do thời gian khả cịn hạn chế nên việc tính tốn thiết kế có sai sót Hơn lần đầu tiên em tiếp xúc nên cịn khó khăn bỡ ngỡ Hướng phát triển Trong trình thưc đồ án em thấy rằng đề tài hay mang tính thưc tế cao Tuy nhiên q trình tính tốn thiết kế mang tính chất tương đối.Vì hi vọng tương lai khơng xa bạn khóa sau cải thiện hệ thống để áp dụng vào thưc tế sản xuất Đây nguồn lượng không ảnh hướng độc hại đến người mơi trường.Việc áp dụng thiết kế hệ thống turbine gió cánh kép góp phần làm giảm phần chi phí tiêu thụ điện Trong bối cảnh nguồn điện ngày hạn hẹp với giá thành tương đối cao 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Geitmann, S.: Erneuerbare Energien und alternative Kraftstoffe (Năng lượng tái tạo nhiên liệu thay thế), Hydrogeit Verlag, Aufl., Jan 2005 [2] Cơng nghiệp điện gió, Thời báo kinh tế Sài Gịn - Trung tâm kinh tế Châu Á TBĐ, Thành phố HCM 6/4/2012 [3] Ngân hàng thế giới, Chiến lược phát triển ngành Điện - Quản lý tăng trưởng cải cách, Ngân hàng thế giới Việt Nam, 2006 [4] https://vi.wikipedia.org/wiki/Turbine_gi%C3%B3 truy cap cuoi 23/4/2017 [5] Đồ án thiết kế kỹ thuật Turbine gió cơng suất 500W anh Bùi Văn Hiền CK51-CTM-Trường Đại Học Nha Trang 64 ... LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ ĐỂ PHÁT ĐIỆN SVTH : NGUYỄN TRÍ CƯỜNG MSSV : 13142028 Khóa : 2013-2017 Ngành : Điện -điện tử GVHD : PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH Tp.Hồ Chí Minh, tháng... Nam nước đánh giá dồi lượng tái tạo (năng lượng gió, thủy điện, mặt trời) Năng lượng tái tạo tạo nguồn điện chỗ, rẻ tiền góp phần đảm bảo an ninh lượng Nếu đầu tư phát triển nguồn lượng tái... nghiên cứu phát triển hệ thống Turbine cánh kép Một tương lai không xa cánh đồng gió Turbine truyền thống thay thế hồn tồn bằng turbine cánh kép Mơ hình phát điện gió ứng dụng cơng nghệ sử dụng hai