Chương 2 : Năng lượng gió
2.9 Tính tốn thiết kế mơ hình gió điển hình
2.9.1. Tiêu chí thiết kế máy phát điện gió cơng suất nhỏ
Hiệu suất cao. Cấu tạo đơn giản.
Dễ vận hành và bảo dưỡng.
Thay đổi được tốc độ nhờ bộ truyền động. Thay đổi được diện tích cánh rơ to.
48 Ít duy tu, bảo quản.
Bền.
Công suất ngõ ra dự kiến của máy phát điện gió ở mức thường xuyên là khoảng 400W.
Hình 2.12. Cấu tạo của hệ thống máy phát điện gió cơng suất nhỏ dạng trục đứng với kiểu dáng cánh Lenz2
2.9.2. Tính tốn lựa chọn, thiết kế máy phát điện gió cơng suất nhỏ
Trong máy phát điện gió bao gồm tất cả các bộ phận như sau: Rơ to: cánh rơ to, cánh tay địn, hub.
Bộ truyền động: hộp số chuyển đổi tỷ số truyền động trong cơ cấu truyền động, chủ yếu là hộp tăng tốc độ từ tốc độ thấp của rơ to cánh gió sang tốc độ cao hơn của máy phát điện.
Trụ quay và giàn đỡ. Máy phát điện.
Bộ phận nén và tích trữ điện, bộ phận xã điện.
Để thiết kế một hệ thống năng lượng gió, người ta cần biết trước các thông số để sử dụng trong q trình tính tốn về năng lượng gió:
49 Vận tốc gió định mức, số liệu này có được từ việc khảo sát, vận tốc này
được tính từ giá trị trung bình của vận tốc gió nơi đặt turbine, thơng qua khảo sát gió.
Loại trục turbine là loại turbine trục đứng hay trục ngang. Đường kính rơ to.
Diện tích qt rơ to. Kiểu dáng cánh...
Với mơ hình thiết kế và thi công, loại máy phát điện gió turbine trục đứng (VAWT) kiểu dáng cánh Lenz2. Ở đây lựa chọn kiểu dáng cánh Lenz2 vì với loại cánh này dễ thiết kế và thi công hơn các loại cánh khác. Với các thông số đầu vào và đầu ra như Bảng 2.3:
Bảng 2.3. Các thông số đầu vào và đầu ra của mơ hình
Thơng số đầu vào
Vận tốc gió định mức: 8 m/s Tỷ số tốc độ TRS 0.8
Số cánh 3 (hoặc 6) Kiểu dáng cánh Lenz2 Đường kính rơ to (cực đại ) 2m
Chiều cao cánh 3m Số tầng 1 hoặc 2 tầng Thông số đầu ra Diện tích qt rơ to 6m2 Cơng suất ngõ ra 400W Đường kính và số tầng Cố định
Chất liệu cánh Cánh tôn Độ dày phù hợp
Chất liệu giàn và trụ đỡ
Sắt và thép Sắt ống, vuông – Thanh chữ V
Tính tốn thiết kế và cơng suất ngõ ra:
50
Coi như mơ hình được đặt và thử nghiệm ở điều kiện mơi trường bình thường. Ở điều kiện bình thường, cơng suất gió sử dụng cơng thức (2–5):
3 647 . 0 Au Pw = 0.647*6*83 = 1988W Với A = 6 m2 và u = 8 m/s
2. Hiệu suất của turbine gió:
Theo tỷ số TRS tối ưu của Lenz2 là 0.8. Sử dụng cơng thức để tính hiệu suất turbine:
Với 0.5TSR1.0:Cp 0.196TSR0.23233 = 0.389 là hiệu suất tối ưu của turbine gió trục đứng kiểu dáng cánh Lenz2.
3. Hiệu suất của bộ truyền động:
+ Tốc độ quay của rơ to cánh quạt được tính theo cơng thức:
m r u n . . 2 . 2 (vòng/giây) = m r u . . 2 . 60 (vòng/phút); với =0.8 60 1 * * 2 8 * 8 . 0 2 n =62vòng/phút + Tốc độ của máy phát điện n1:
i = n1/n2; với tỷ số truyền 8 ≤ i ≤ 40 nên chọn 2 tầng bánh răng để truyền động dễ dàng, chọn 2 tầng bánh răng như vậy hiệu suất còn lại là 98%, coi như mỗi tầng mất đi hiệu suất 1% nếu có bơi trơn và đặt trong hộp kín, m 0.98 là hiệu suất của bộ truyền động.
4. Hiệu suất của máy phát điện:
Hiệu suất của máy phát điện được dự đoán là 27.8% đến 82.2% như trong thí nghiệm về máy phát điện thì hiệu suất phụ thuộc vào tốc độ quay của rô to của máy phát điện, g = 27.8% đến 82.2% là hiệu suất của máy phát điện. Ở đây, giả sử hiệu suất máy phát đạt được 80%
51
Hiệu suất toàn hệ thống được tính theo cơng thức như sau:
gR mR pR C 0 Với: pR
C = 0.389 là hiệu suất của turbine;
mR
= 0.98 là hiệu suất của bộ truyền động;
gR
= 0.8 là hiệu suất của máy phát điện. 0
có giá trị 0.304.
6. Cơng suất tồn hệ thống:
Cơng suất tồn hệ thống được tính theo cơng thức như sau: PeCpRmRgR Pw= 0. Pw
52
Chương này được biên soạn nhằm cung cấp cho sinh viên:
o Tổng quan về năng lượng gió.
o Tiềm năng phát triển năng lượng gió tại Việt Nam.
o Các kiểu turbine gió.
o Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của turbine gió.
o Mối quan hệ giữa các thơng số trong máy phát điện gió.
o Lưu đồ thiết kế máy phát điện gió cơng suất nhỏ.
Câu hỏi chương 2:
Câu 1: Anh/chị hãy trình bày lịch sử sử dụng năng lượng gió của lồi người?
Câu 2: Anh/chị hãy cho biết thực trạng, tiềm năng ứng dụng năng lượng gió tại Việt Nam.
Câu 3: Anh/chị hãy trình bày các kiểu turbine gió? So sánh máy phát điện gió trục đứng và trục ngang?
Câu 4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của turbine gió?
53