(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu đánh giá hệ thống năng lượng điện gió phục vụ cho địa bàn huyện tri tôn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HUỲNH TUẤN PHONG NGHIÊN CỨU ÐÁNH GIÁ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ÐIỆN GIÓ PHỤC VỤ CHO ÐỊA BÀN HUYỆN TRI TÔN NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN – 60520202 SKC005794 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 - 2018 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HUỲNH TUẤN PHONG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN GIĨ PHỤC VỤ CHO ĐỊA BÀN HUYỆN TRI TƠN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HUỲNH TUẤN PHONG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN GIÓ PHỤC VỤ CHO ĐỊA BÀN HUYỆN TRI TÔN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ CHÍ KIÊN Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: HUỲNH TUẤN PHONG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 02 - 05 - 1986 Nơi sinh: Tri Tôn – An Giang Quê quán: Tri Tôn Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Hẻm 19, khóm Thị Trấn Tri Tơn, Huyện Tri Tơn, tỉnh An Giang Điện thoại quan: Điện thoại riêng: 0988869076 Fax: E-mail: huynhtuanphong25@gmail.com AI QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung cấp nghề: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2004 đến 04/2006 Nơi học (trường, thành phố): Trường Kinh tế kỹ thuật nghiệp vụ Nguyễn Tất Thành Ngành học: Điện tử công nghiệp Đại học: Hệ đào tạo: Liên thông ĐHTC khối K Thời gian đào tạo từ năm 2006 đến năm 2010 Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Điện cơng nghiệp Tên mơn thi tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống điện, điều khiển lập trình nâng cao, chuyên đề tốt nghiệp ĐKC III QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Từ 01/2012 Trường trung cấp nghề DTNT AG đến Ngày 20 tháng 01 năm 2018 Người khai ký tên HUỲNH TUẤN PHONG i GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp HCM, ngày 19 tháng 01 năm 2018 Huỳnh Tuấn Phong ii GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong LỜI CẢM TẠ Để hồn thành luận văn tốt nghiệp này, tơi xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh tận tình truyền đạt, trang bị kiến thức khoa học kỹ thuật quý giá cho trình học Cao học trường cao đẳng nghề An Giang Đặc biệt xin chân thành cảm ơn đến Thầy PGS.TS Lê Chí Kiên người tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm giúp đỡ để hồn thành tốt Luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, quan, đồng nghiệp bạn bè giúp đỡ cho nhiều, tạo cho niềm tin nổ lực cố gắng để hoàn thành Luận văn Xin chân thành cảm ơn ! Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018 Học viên thực Huỳnh Tuấn Phong iii GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong TÓM TẮT LUẬN VĂN Ngày nay, trữ lượng than, dầu, khí ngày cạn kiệt người tìm kiếm nguồn lượng sạch, lượng tái tạo để thay thế, nhu cầu lượng giới Việt Nam không ngừng tăng cao Trong nguồn lượng hóa thạch lại ngày cạn kiệt Do cần có sách phát triển lượng bền vững, sử dụng nguồn lượng mặt trời, sinh khối, thủy triều vv Luận văn trình bày thực trạng mơi trường, tiềm tình hình sử dụng lượng gió Việt Nam Với điều kiện địa lý thuận lợi địa phương có diện tích đồi núi chiếm phần lớn, lượng gió nhiều phân bổ quanh năm, huyện Tri Tôn huyện tỉnh An Giang có điều kiện thuận lợi để phát triển lượng gió đỉnh núi Trong luận văn trình bày tổng quan sử dụng lượng điện gió Việt Nam, nguyên lý biến đổi lượng gió, giới thiệu phân loại tuabine gió, cấu tạo tuabine gió, khảo sát lựa chọn địa điểm , tính tốn tuabine gió, lựa chọn tuabine gió iv GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong ABSTRACT Nowadays, the reserves of fossil fuels like oil, coal and gas are becoming exhausted so people need to find renewable energies to use and product goods Therefore, people also make sustainable energy development policy for using renewable energy from the sun, the wind and moving water This thesis presents about environment situation, potential and some ways what are used to exploit wind energy in Vietnam Thank to benefit geographical conditions, such as hilly terrain, windy and distributed throughout the year Triton district is one of districts in Angiang has advantage to make win energy on the top of mountains This thesis introduces in an overview about the usage wind energy in Vietnam, win turbine classification, wind turbine composition,site selection, wind turbine calculation, how to choose a suitable wind turbine with the reality situation v GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Biểu đồ cung cầu điện nước ta từ năm 2015 đến năm 2030……………8 Hình 1.2: Tiềm gió đất liền độ cao 65m……………………………… 12 Hình 2.1: Đồ thị mối tương quan cơng suất vận tốc gió…………………… 18 Hình 2.2: Ống động lực học Bezt điều kiện khí lý tưởng……………………… 20 Hình 2.3: Tỉ số vận tốc V2/V1………………………………………………………… 21 Hình 2.4: Tuabine gió trục đứng……………………………………………………… 22 Hình 2.5: Tuabine gió trục ngang…………………………………………………… 23 Hình 2.6: Cấu tạo tuabine gió trục ngang thân trụ dùng hộp số ………………… 28 Hình 2.7: Cấu tạo bên tuabine gió trục ngang………………………………… 29 Hình 2.8: Hệ thống đùm nối cánh quạt……………………………………………… 31 Hình 2.9: Bộ hộp số bánh tubine gió 2MW-3MW……………………… 32 Hình 2.10: Bánh thắng trục tốc độ cao tuabine gió………………………… 33 Hình 2.11: Vỏ thùng Nacelly hãng AVANTIS………………………………… 34 Hình 3.1: Hàm phân bố Weibull (a) cho k=1.8 2.3, với c đặt tốc độ gió trung bình 2………………………… 41 = 10 kmph, (b) c = 10 20 kmph, với k đặt Hình 3.2: Biểu đồ với tốc độ gió trục tung tổng thời gian năm cho tốc độ gió giả thiết trục hồnh…………………………………………………………… 42 vi GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong Hình 3.3: Vị trí địa lí huyện Tri Tơn ( Nguồn hình ảnh chụp từ phần mềm chuyên nghiệp "Google Earth Pro" cập nhật đồ tốc độ gió năm 2015 phủ Mỹ) + Qua hình 3.3 ta thấy tốc độ gió núi Tà pạ hiển thị màu vàng xanh Wind speed m/s tốc độ gió khoảng 8m/s đến 10m/s tốc độ tương đối để lắp đạt + Có đường giao thơng thuận lợi cho việc vận chuyển thiết bị lớn tuabin gió tháp, giảm chi phí đầu tư trụ tháp, đất đá nên giảm chi phí móng trụ… + Về diện tích mặt khơng cạnh tranh với nghành cơng nghiệp khác, + Việc đặt xa khu dân dư góp phần giảm tác động tiếng ồn, nhiễu sóng điện từ Tua-bin hoạt động kèm theo không tốn chi phí đền bù giải toả mặt lượng gió đồi dồi 50 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong + Sau lắp đặt tua bin, khu vực sử dụng cho canh tác trồng lâm nghiệp( điều, tràm bơng vàng F1,…) Hình 3.4a: Đồi Tà Pạ nhìn từ xuống ( Nguồn hình ảnh chụp từ phần mềm chuyên nghiệp "Google Earth Pro") Hình 3.4b: Đồi Tà Pạ nhìn bao quát (Hình ảnh chụp đồi Tà Pạ) - Đối với trình lựa chọn cuối cùng, là, lựa chọn tuabin phù hợp cho khu vực cụ thể Ở giai đoạn này, phác họa đường cong tốc độ thời 51 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong gian – biểu đồ v so với tổng thời lượng mà tốc độ gió vượt v(hình 3.4) Đương nhiên, tọa độ lớn trục y số năm (8760), tốc độ gió vượt qua ngưỡng Nếu tốc độ gió đo máy ghi kĩ thuật số với thiết bị ghi liệu , đường cong phân phối tốc độ gió đường cong thời gian lấy trực tiếp tạo máy tính sau liệu lưu trữ lại Hình 3.5: Đường cong biểu thị tốc độ gió: Biểu đồ với tốc độ gió biểu diễn trục x khoảng thời gian mà tốc độ gió vượt tốc độ trục y - Năng suất máy phát điện gió địa điểm cụ thể phụ thuộc vào đặc điểm khu vực cụ thể ( cho hình 3.5) đặc tính máy gió Sau cho đặc tính tốc độ so với lượng gió ( biểu diễn hình 3.6) thường dùng cho tất máy gió sản xuất cách thương mại 52 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong Hình 3.6: Năng lượng điển hình so với đặc tính tốc độ gió máy đo tốc độ gió Mỗi mơ hình tuabin gió có tốc độ cắt-trong cụ thể, tốc độ định mức, tốc độ rung, sức mạnh so với đặc tính tốc độ gió phạm vi tốc độ gió tốc độ cắt tốc độ rung Ở tốc độ cắt, máy phát điện gió bắt đầu phát điện Khi tốc độ gió tăng, sản lượng điện tăng theo, tỉ lệ với sức mạnh gió Sau đạt tốc độ định mức, chế điều chỉnh tốc độ vào hoạt động,và có khu vực tốc độ khơng đổi Ngồi tốc độ gió định, cơng suất xử lí nguồn tối đa máy phát điện đạt được, sau hệ thống hoạt động chế độ ngõ công suất không đổi Trong số máy, vùng tốc độ không đổi nhỏ ( không đáng kể) chế điều chỉnh tốc độ hoạt động chế độ công suất không đổi Trong trường hợp vậy, đặc tính biểu thị bằng: 0.5 (ʋ) ≈ {0.5 Trong đó, Vc tốc độ cắt, Vr tốc độ định mức, Vf tốc độ rung, ηʋlà hiệu suất máy phát truyền động học, C p hệ số hiệu suất tuabin gió, ρ tỉ trọng khơng khí, A diện tích lưỡi quét, υ tốc độ gió A t vận tốc gió lộng, việc đặt máy phải ngưng hoạt động để tránh hư hại Từ hình 3.5 3.6, đặc tính máy phát điện gió, tính theo đường cong tốc độ gió vị trí, cung cấp đặc tính thời lượng điện Đối với giá trị 53 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong tốc độ gió thể hình 3.5, giá trị tương ứng cơng suất đầu lấy từ hình 3.6 Đường cong cơng suất đầu điển hình cho tua-bin gió thể hình 3.7 Để minh họa, đường cong thời lượng điện gió (thu mối quan hệ 0.5n vCppAv ), lượng cắt độ rung trở nên rõ ràng Khu vực bên đường cong công suất đầu đo lường lượng máy cụ thể vị trí định Bằng việc phác họa đường cong tương tự cho máy khác địa điểm cụ thể , người ta chọn loại máy phù hợp Thơng thường người ta chọn mơ hình cho đầu tối đa công suất định mức riêng biệt vị trí cụ thể Hình 3.7: Sản lượng điện – đặc tính thời gian máy phát điện gió điểm chọn 54 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên 3.5 HVTH: Huỳnh Tuấn Phong Tính tốn Chọn Tuabine gió 3.5.1 Cơng thức liên quan Hình 3.8: Cơng suất Tua-bin gió qua khối Trong đó: - : Cơng suất dịng gió điều kiện bình thường - : Công suất sau truyền qua hệ thống Tua-bin gió - : Cơng suất qua truyền động - : Công suất điện ngõ máy phát điện a Cơng suất dịng gió điều kiện bình thường: =1/2ρA =1/2ρπR 23 Trong đó: - ρ: Mật độ khơng khí = 1.225 Kg/ - A: Thiết diện dịng gió qua =2 Tuabin gió trục ngang ( 2) -V: Vận tốc dịng gió (m/s) b Cơng suất sau truyền qua hệ thống Tua-bin gió: =1/2ρA = Trong đó: : hệ số Bezt 0.59259 c Cơng suất qua truyền động: 55 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong = ( Trong đó: hiệu suất truyền động Thất thoát truyền động chủ yếu độ ma sát bánh hộp số trụ đỡ trục xoay Tỉ lệ thất thoát chủ yếu phụ thuộc vào chất lượng truyền động Thơng thường tỉ lệ thất tầng bánh 1% đến 2% d Công suất điện ngõ máy phát điện = Trong ηg hiệu suất máy phát điện gió Đối với máy phát điện tốt có hiệu suất 0,85 công suất định mức 2KW, 0,9 20KW 0,96 máy phát có cơng suất định mức 2MW 3.5.2 Chọn Tua-bin gió - Chọn cơng suất đầu tuabin là: 2MW - Từ cơng suất điện ngõ máy phát điện Pe = 2MW- Mà theo (3.11) ta có: = Suy ra: = mà ηg =0,96 máy phát có cơng suất định mức 2MW.Vậy công suất qua truyền động Pt= 2,08 MW Theo ( 3.10) ta có: = Suy công suất sau qua truyền động tubin gió: = :Tỉ lệ thất tầng bánh từ 1% đến 2% Ở ta chọn tỉ lệ thất thoát 2% Suy : = 2,13 MW - Mà công suất sau truyền qua hệ thống tuabin gió: Theo cơng thức (3.9): = 1/2 ρ A = Suy ra: 56 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong = Mà theo hệ số Bezt Cp = 0,59 Suy ra: - = 3,597 MW Cơng suất dịng gió điều kiện bình thường: Theo cơng thức (3.8) ta có: =1/2ρA =1/2ρπR 23 Suy ra: Chọn : =9 / Suy ra: Ta chọn nhiều loại tuabin gió nhiều hang khác như: Vestas (Đan Mạch), GE Energy (Mỹ), Gamesa (Tây Ban Nha), Enercon (Đức), Zuzlon (Ấn Độ), Siemen (Đức)….ở ta chọn tuabin Vestas V110 – 2.0 MW IEC IIIA - Các thông số tuabin Vestas V110 – 2.0 MW IEC IIIA Dữ liệu hoạt động Công suất định mức Tốc độ gió cắt Tốc độ gió cắt Re-in tốc độ gió Lớp gió Tuabin tiêu chuẩn nhiệt độ hoạt động Nhiệt độ hoạt động nhiệt độ thấp tuabin Tiếng ồn âm 57 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong Tối đa Rotor Đường kính rotor Khu vực quét Điện Tần số Loại máy phát điện 58 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong CHƯƠNG – KẾT LUẬN 4.1 Những kết đạt được: Mục đích luận văn khảo sát địa điểm, tính tốn tiềm phát triển lượng gió huyện Tri Tôn nghiên cứu công nghệ xây dựng nhà máy lượng gió phù hợp 4.1.1 Các kết đạt đề tài Qua thời gian nghiên cứu tác giả đạt số kết sau: - Đánh giá tiềm phát triển lượng gió huyện Tri Tôn - Nghiên cứu, lựa chọn địa điểm lắp đặt nhà máy điện phục vụ nhu cầu sử dụng điện cho người dân sống chân núi huyện Tri Tơn tỉnh An Giang - Tính tốn thơng số hệ thống ứng với cơng nghệ nhà máy khác nhau, so sánh, lựa chọn công nghệ phù hợp 4.1.2Các hạn chế đề tài Bên cạnh kết đạt được, đề tài có hạn chế sau: - Chưa tính tốn cụ thể chi phí sản xuất, vận hành nhà máy ứng với cơng nghệ khác để từ lựa chọn công nghệ phù hợp cách tổng thể - Mới tính tốn nhà máy điện phục vụ cho người dânsống chân núi để phục vụ sinh hoạt sản xuất - Chưa nghiên cứu nhiều hệ thống lượng điện gió để đưa đánh giá hệ thống lượng điện gió huyện Tri Tôn 4.2 Hướng phát triển đề tài: Đề tài “Nghiên cứu, đánh giá hệ thống lượng điện gió phục vụ cho địa bàn huyện Tri Tơn”có thể phát triển thêm sau: - Tính tốn cụ thể chi phí sản xuất, vận hành, bảo dưỡng nhà máy 59 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên - HVTH: Huỳnh Tuấn Phong Tính tốn nhà máy với cơng suất lớn hơn, nhân rộng tận dụng tối đa địa hình vùng bảy núi địa phương - Nghiên cứu thêm nhiều hệ thống lượng điện gió ngồi nước để đưa đánh giá hệ thống lượng điện gió 60 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Huỳnh Tuấn Phong PHẦN III – TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Lân Tráng (2007) Giáo trình quy hoạch phát triển hệ thống điện NXB Khoa học Kỹ thuật, tr 179-183 [2] Nicholas Vlajic, Alan R Champneys, Balakumar Balachandran, Nonlinear dynamics of a Jeffcott rotor with torsional deformations and rotor-stator contact, International Journal of Non-Linear Mechanics, Volume 92, June 2017, Pages 102110 [3] M Deyi, J van Zyl, M Shepherd, Applying the FAVAD Concept and Leakage Number to Real Networks: A Case Study in Kwadabeka, South Africa, Procedia Engineering, Volume 89, 2014, Pages 1537-1544 [4] Sergio Amat, Pedro J Blázquez, Sonia Busquier, Concepción Bermúdez, Wavelets for the Maxwell’s equations: An overview, Journal of Computational and Applied Mathematics, Volume 321, September 2017, Pages 555-565 [5] S H Pishgar-Komleh, A Akram, Evaluation of wind energy potential for different turbine models based on the wind speed data of Zabol region, Iran, Sustainable Energy Technologies and Assessments, Volume 22, August 2017, Pages 34-40 [6] Fatma Gül Akgül, Birdal Şenoğlu, Talha Arslan, An alternative distribution to Weibull for modeling the wind speed data: Inverse Weibull distribution, Energy Conversion and Management, Volume 114, 15 April 2016, Pages 234-240 [7] Ahmadreza Vasel-Be-Hagh, Cristina L Archer, Wind farm hub height optimization, Applied Energy, Volume 195, June 2017, Pages 905-921 [8] Qinghua Hu, Yun Wang, Zongxia Xie, Pengfei Zhu, Daren Yu, On estimating, uncertainty of wind energy with mixture of distributions, Energy,Volume 112, October 2016, Pages 935-962 [9] Dr Gary L Johnson, Wind energy Systems 61 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên [10] HVTH: Huỳnh Tuấn Phong S.N.Bhadra, D.Kastha, S.Banerjee, Wind Electrical Systems 62 ... ? ?Nghiên cứu, đánh giá hệ thống lượng điện gió phục vụ cho địa bàn huyện Tri Tơn’’ làm đề tài nghiên cứu với mong muốn thỏa mãn yêu cầu đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, đánh giá lượng điện. .. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HUỲNH TUẤN PHONG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN GIÓ PHỤC VỤ CHO ĐỊA BÀN HUYỆN TRI TÔN... HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HUỲNH TUẤN PHONG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN GIĨ PHỤC VỤ CHO ĐỊA BÀN HUYỆN TRI TƠN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ