L ỜI NÓI ĐẦU
3.4.1.1. Thu năng lượng
Khi xem xét đến một turbine gió, khả năng phát điện thể hiện ở lượng công suất thu được có tính đến các giới hạn về kỹ thuật và kinh tế. Nó thường được mô tả dưới dạng một đồ thị công suất phát - tốc độ gió, được gọi là đồ thị công suất lý tưởng.
Đồ thị công suất lý tưởng đối với một turbine gió điển hình được thể hiện ở hình 3.9. Nó cho thấy dải tốc độ gió mà hệ thống vận hành được giới hạn trong khoảng tốc độ gió giữa Vmin và Vmax. Dưới tốc độ Vmin, năng lượng gió là quá nhỏ để bù cho năng lượng vận hành và tổn hao. Trên tốc độ Vmax, turbine gió sẽ phải
dừng hoạt động để tránh quá tải. Việc thiết kế một turbine gió phải đủ bền vững để hỗ trợ ứng suất cơ khí cơ bản. Trong điều kiện gió quá lớn có thể là không hợp lý về mặt kinh tế. Trên thực tế, thậm chí ngay cả khi gió ở tốc độ trên Vmax thì việc sinh ra một lượng năng lượng lớn mà sự đóng góp của phần năng lượng này vào năng lượng trung bình cả năm cũng là không đáng kể. Điều này được chứng minh trong hình 3.10, trong đó thể hiện hàm mật độ công suất ở một vị trí cho trước. Nó cho thấy phần năng lượng bị mất đi do turbine ngừng hoạt động ở điều kiện gió dưới Vmin hoặc trên Vmax là tương đối nhỏ.
Ta có thể thấy trên hình 3.9, đường cong công suất lý tưởng là không đổi trong dải tốc độ gió trên VN. Tốc độ làm việc của turbine gió lại phụ thuộc vào mối quan hệ giữa năng lượng cung cấp được và chi phí sản xuất. Ví dụ: Việc thiết kế turbine gió để lấy được toàn bộ năng lượng ở tốc độ gió lên đến Vmax có thể làm tăng chi phí trên một kW. Trên thực tế tốc độ gió trên VN lại không thường xuyên xảy ra để bù lại phần chi phí tăng thêm nếu sử dụng turbine gió ở dải tốc độ đó.
Hình 3.9 : Đường cong công suất lý tưởng
Đồ thị công suất lý tưởng biểu thị trên 3 vùng với mục đích phát điện khác nhau. Vùng I là vùng tốc độ thấp, công suất sinh ra thấp hơn công suất hoạt động. Công suất sinh ra được định nghĩa là công suất của gió truyền qua rotor nhân với hệ số công suất tối đa :
max 3 2 max . 2 1 . V P P av C P R V C P (3.18)
Bởi vậy mục tiêu phát điện của vùng I là thu nhận toàn bộ năng lượng sinh ra. Do đó đường cong công suất lý tưởng trong vùng I đi theo một đường parabol bậc 3 như hình 3.9.
Mặt khác, mục tiêu phát điện trong vùng tốc độ gió cao (vùng III) là giới hạn công suất phát ra ở dưới công suất hoạt động để tránh hiện tượng quá tải. Trong vùng này công suất vượt quá công suất hoạt động, do đó turbine gió phải làm việc với hiệu suất thấp hơn CPmax. Cuối cùng là vùng II, là vùng chuyển tiếp giữa đường cong công suất tối ưu của vùng I và đường công suất không đổi của vùng III. Trong vùng này tốc độ turbine gió được giới hạn để duy trì mức độ tiếng ồn dưới mức cho phép và giữ cho lực ly tâm ở dưới giá trị chịu đựng của rotor. Trong trường hợp một tốc độ giới hạn như vậy chưa đạt đến thì vùng II có thể không tồn tại và đường cong công suất tối ưu (vùng I) vẫn có thể tiếp tục cho đến khi đạt được đến công suất định mức.