CHƯƠNG 3 :CÁC LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
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.
Hình 3.1. Đường cong hiệu suất rotor theo lý thuyết
Ngồi ra, nếu như rotor quay q chậm thì gió sẽ dễ dàng đi xuyên qua mà không tác động nhiều lên cánh quạt. Ngược lại, nếu rotor quay quá nhanh thì cánh quạt sẽ giống như một bức tường chắn và vận tốc gió phía sau cánh quạt gần như bằng không, hệ quả là hiệu suất rotor gần bằng khơng. Như vậy, với một vận tốc gió cho trước thì hiệu suất rotor cịn phụ thuộc vào tốc độ máy phát.
Hiệu suất rotor thường được biểu diễn theo tỷ số, (Tip speed ratio), được định nghĩa là tỷ số giữa vận tốc tiếp tuyến của đỉnh cánh quạt và vận tốc gió thổi theo hướng vng góc với mặt phẳng quay của cánh quạt.
= rRb
v (3.12)
Trong đó:
Rb: bán kính của cánh quạt tuabin (m)
Trong thực tế, hiệu suất rotor không những phụ thuộc vào mà cịn phụ thuộc vào góc pitch của cánh quạt tuabin, (rad) xoay quanh trục của chính nó. Hầu hết, các hệ thống chuyển đổi năng lượng gió có trang bị thiết bị điều khiển pitch như hình 3.4. Cp nói chung là một hàm phi tuyến và khá phức tạp, nhà chế tạo thường cho giá trị Cp đối với mỗi loại tuabin như là hàm của và góc .
Biểu thức xấp xỉ hiệu suất rotor được cho bởi:
𝐶𝑝(,) = 0.22 (116 𝑖 − 0.4− 5) 𝑒 −22,5 𝑖 (3.13) Trong đó: 1 𝑖 = 1 + 0,08− 0,035 3+ 1
Hình 3.3. Đường cong hiệu suất rotor Cp(, )