5. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.1.1. Một số khái niệm về tuabin gió
Tuabin gió là thiết bị chuyển đổi động năng của gió thành điện năng. Nguyên lý làm việc của tuabin gió là chuyển đổi động năng của dòng không khí thành cơ năng trên trục của rotor. Năng lƣợng của gió làm cho các cánh quạt quay quanh 1 rotor. Mà rotor đƣợc nối với trục chính và trục chính sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát để tạo ra điện.
Khả năng tạo ra điện từ gió của một tuabin gió phụ thuộc 3 yếu tố chính sau [9]:
Năng lƣợng gió có sẵn
Đƣờng cong công suất của tuabin
Khả năng đáp ứng nhiễu loạn gió của tuabin
Công suất cơ một tuabin gió tạo ra đƣợc cho bởi công thức: Pm= 0.5ρCpAV3
(W) (2.1) Trong đó : Pm: Công suất tuabin
ρ: Tỉ trọng của không khí (kg/m3) Cp: Hệ số công suất
A: Diện tích cánh quạt quét (m2 ) V: Vận tốc gió (m/s)
Theo định luật Betz ( Nhà vật lý ngƣời Đức – Albert Bezt 1885 - 1968) về động học khí quyển thì năng lƣợng gió không thể chuyển tất cả sang một loại năng lƣợng khác mà chỉ có thể thu đƣợc tối đa là 59,26 %, tức là Cp ≤ 59,26% (Xem hình 2.1).
Giá trị lý thuyết lớn nhất của Cp là 59,26%. Trong những thiết kế thực tế, giá trị lớn nhất có thể đạt đƣợc của Cp là dƣới 0,5 đối với tốc độ gió cao, tuabin hai cánh, và từ 0,2 đến 0,4 đối với những tuabin tốc độ thấp và nhiều cánh hơn. Nếu nhƣ ta đặt 0,5 nhƣ là hiệu suất thực tế lớn nhất của rotor, thì công suất đầu ra lớn nhất của turbine gió là :
Pm= ρCpAV3 (2.2)
Công thức này dùng để đánh giá tiềm năng công suất phát điện của một vùng nào đó với vận tốc gió trung bình V.
Đối với một tuabin gió, khả năng phát điện thể hiện ở số công suất thu đƣợc có tính đến các giới hạn về kỹ thuật và kinh tế. Nó thƣờng đƣợc mô tả dƣới dạng một đồ thị công suất phát - tốc độ gió, đƣợc gọi là đồ thị công suất lý tƣởng (hình 2.2).
Hình 2.2. Đường cong công suất lý tưởng của tuabin gió
Qua đồ thị cho thấy, tốc độ gió mà hệ thống vận hành đƣợc giới hạn trong khoảng tốc độ từ 3m/s đến 25m/s. Khi tốc độ gió quá nhỏ thì năng lƣợng gió đƣợc tạo ra là không đủ cho vận hành và tổn hao. Khi tốc độ gió quá lớn tuabin gió sẽ phải dừng hoạt động để tránh quá tải. Hơn nữa việc thiết kế một tuabin gió phải đủ bền vững để đáp ứng đƣợc các tiêu chuẩn cơ khí cơ bản.