Cho đến nay chưa có một nghiên cứu đánh giá tiềm năng gió cho riêng Việt Nam một cách sâu rộng do thiếu số liệu quan trắc phục vụ phát triển điện gió. Gần đây, trong khn khổ hợp tác giữa Bộ Công thương (MoIT) và Dự án Năng lượng Gió GIZ (Hợp tác Phát triển Đức GIZ) (gọi tắt, Dự án Năng lượng Gió GIZ/MoIT), một chương trình đo gió tại 10 điểm trên độ cao 80m đang được tiến hành tại các tỉnh cao nguyên và duyên hải Trung Bộ (đo ở 3 độ cao 80, 60, và 40 m so với bề mặt đất). Á p dụng các tiêu chuẩn IEC 61400-12 trong suốt quá trình đo gió, Dự án này được mong đợi sẽ cung cấp dữ liệu gió có tính đại diện cho các vùng có tiềm năng gió của Việt Nam để phục vụ cho phát triển điện gió trong thời gian tới. Ngồi ra, các báo cáo về quy trình và tiêu chuẩn lắp đặt cột đo gió cũng đang được hồn thiện và sẽ là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhà phát triển điện gió nói chung.
CHƯƠNG 3
CÁ C LÝ THUYẾT LIÊ N QUAN
3.
3.1. Sự hình thành gió, cấu tạo và hoạt động của tuabin gió
Có thể nhận thấy rằng, bức xạ mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và khơng khí nóng khơng đều. Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự chênh lệch về nhiệt độ. Điều này đẫn đến sự khác nhau về áp suất làm cho khối khơng khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như khơng khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió.
Trái Đất xoay trịn cũng góp phần vào việc làm xốy khơng khí. Mặt khác, trục quay của Trái Đất là nghiêng so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời nên cũng tạo thành các dịng khơng khí theo mùa.
Ngồi các yếu tố trên gió cịn bị ảnh hưởng bởi cấu tạo của địa hình của từng địa phương.
3.2. Năng lượng gió
Năng lượng gió trung bình của một hệ thống điện gió trong một khoảng thời gian khảo sát: 𝐸𝑊 = ∫ 𝑃0𝑇𝑝 𝑤 𝑑𝑡 (3.1) 𝑃𝑤 =1 2Arv3 (3.2) Trong đó: : mật độ khơng khí ( 3 /
kg m ), ở điều kiện chuẩn, có giá trị 1,293 3
/
kg m
𝐴𝑟: diện tích quét của cánh turbin( 2
3.3. Sự phân bố vận tốc gió
Mối quan hệ giữa cơng suất và vận tốc gió theo lũy thừa bậc ba ở phương trình (3.2). Vận tốc gió là dữ liệu then chốt để đánh giá năng lượng gió tiềm năng thu được ở một vùng nào đó. Tuy nhiên, vận tốc gió ln thay đổi theo điều kiện thời tiết và điều kiện địa hình. Vận tốc gió trung bình phải được xác định để ước tính năng lượng kỳ vọng nhận được từ một vùng cụ thể, do vận tốc gió thường thay đổi theo mùa và có khuynh hướng lặp lại với chu kỳ một năm sau đó. Vì vậy, vận tốc gió trung bình có thể được xác định cho khoảng thời gian một năm.
Sự thay đổi vận tốc gió thường được mơ tả bởi hàm mật độ xác suất. Một trong những hàm mật độ xác suất được sử dụng phổ biến nhất để mơ tả vận tốc gió là hàm Weibull.
𝑓(𝑣) = k
c(v
c)k−1𝑒−(𝑣𝑐)𝑘 , 0 < 𝑣 < ∞ (3.3)
Trong đó:
k > 0 và c > 0 lần lượt là hệ số dạng và hệ số tỷ lệ.
Vì thế, vận tốc gió trung bình có thể được biểu diễn như sau:
𝑣̅ = ∫ 𝑣𝑓(𝑣)dv = ∫ 𝑣𝑘 𝑐 (𝑣 𝑐)𝑘−1 ∞ 0 ∞ 0 𝑒−(𝑣𝑐)𝑘𝑑𝑣 (3.4) Đặt: 𝑥 = (𝑣 𝑐)𝑘
Vận tốc gió trung bình được viết lại như sau:
𝑣̅ = 𝑐 𝑘∫ 𝑥 1 𝑘 𝑒−𝑥 ∞ 0 𝑑𝑥 = 𝑐 𝑘(1 k) (3.5) Trong đó: : hàm gamma
(y) = ∫ 𝑒0∞ −xxy−1dx (3.6) Trong đó: 𝑦 = 1 +1
𝑘
3.4. Sự chuyển đổi năng lượng gió và hiệu suất rotor
Cơng suất cơ đạt được từ gió thơng qua tuabin chính là sự khác nhau giữa động năng tích trữ của gió ở trước cánh quạt có vận tốc v và động năng của gió sau tuabin có vận tốc
𝑣𝑑.
𝑃𝑅 =1
2Arv3Cp (3.7)
Trong đó:
Cp: hiệu suất của tuabin (hệ số công suất của tuabin)
𝐶𝑝 =1
2(1 + 𝛾)(1 + 𝛾2) (3.8)
Trong đó:
: tỷ số của tốc độ gió sau cánh quạt và tốc độ gió vào cánh quạt
𝛾 = 𝑣𝑑
𝑣 (3.9)
Hệ số công suất lớn nhất được xác định bằng cách đạo hàm như sau:
𝑑𝐶𝑃 𝑑𝛾 = 0 (3.10) 𝛾 = 𝑣𝑑 𝑣 = 1 3
Hệ số công suất cực đại:
Về lý thuyết Cp không thể lớn hơn 59,3%; hệ số này còn được biết đến như là giới hạn Betz để chỉ ra giới hạn cơng suất có thể nhận được từ gió.