CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN TRIỂN KHAI đỀ TÀ
2.2.Gió và năng lượng của gió.
Gió là một q trình vật lý rất phức tạp, vì vậy chỉ có thể dự báo sự biến ựổi với xác suất nhất ựịnh. đặc tắnh quan trọng nhất ựánh giá ựộng năng của gió là vận tốc. Dưới ảnh hưởng của một loạt các yếu tố khắ tượng (sự nhiễu loạn khắ quyển, sự thay ựổi tác ựộng của mặt trời và lượng năng lượng nhiệt truyền tới mặt ựất...), ựồng thời các ựiều kiện ựịa hình tại chỗ, tốc ựộ gió thay ựổi cả về giá trị và hướng.
Vận tốc gió có tác ựộng ựáng kể tới ựộng cơ gió và ảnh hưởng tới hệ thống ựiều chỉnh tự ựộng, việc sản sinh ra năng lượng phụ thuộc trước hết vào vận tốc gió trung bình theo thời gian và diện tắch bề mặt bánh cơng tác ựộng cơ gió. Vận tốc gió trung bình theo thời gian xác ựịnh bằng tỷ số của tổng các giá trị vận tốc
Năng lượng gió
Hệ thống ựiều khiển
Năng ựiện Năng lượng cơ khắ
gió tức thời ựo ựược với số lần ựo trong khoảng thời gian ựo. n V V i ∑ =
Tương tự thì vận tốc gió trung bình ngày ựược xác ựịnh bằng tỷ lệ tổng vận tốc gió trung bình giờ với thời gian 24 giờ trong ngày. Còn tốc ựộ gió trung bình năm:
∫= = t dt t V V 0 2 2 lim ()
Tốc ựộ gió trung bình ở một vùng nhất ựịnh ựược xác ựịnh từ các số liệu theo dõi của các trạm khắ tượng hoặc các máy thám không ựặc biệt. Tuy nhiên chỉ số của các máy ựo gió cịn chịu ảnh hưởng của ựiều kiện ựịa hình vĩ mơ và vi mô của vùng xung quanh, mức ựộ che khuất của trạm khắ tượng. điều ựó cần chú ý khi tắnh chuyển ựổi vận tốc gió ựối với mỗi vùng cụ thể, thậm chắ khi nó nằm gần trạm khắ tượng.
Vận tốc gió trung bình thay ựổi ựáng kể trong thời gian khác nhau trong ngày, trong các tháng và các mùa. Do vậy người ta phân biệt diễn biến vận tốc theo ngày, tháng, mùa ựặc trưng cho xu hướng chung thay ựổi vận tốc trong các chu kỳ thời gian kể trên.
Mạch ựộng vận tốc gió và năng lượng dịng khắ gây nên bởi ựặc tắnh hình thành cấu trúc của gió các ựặc ựiểm ựịa phương và ảnh hưởng của các ựiều kiện cảnh quan và ựịa hình. Nó có ý nghĩa rất quan trọng vì nó thường là ngun nhân gây hư hỏng tổ máy. đặc tắnh mạch ựộng vận tốc gió ựược ựánh giá bởi gia tốc dòng khắ, ựộ kéo dài của cơn gió và sự trùng hợp của các cơn gió ở những ựiểm khác nhau của bề mặt chứa bánh
cơng tác ựộng cơ gió và hệ số gió giật Kgiật, là tỷ số giữa vận tốc gió cực ựại
khoảng thời gian chọn trước cũng như trên một diện tắch không gian hữu hạn. Thông thường ở các trạm khắ tượng vận tốc gió trung bình ựược xác ựịnh trong khoảng thời gian không dưới 2 phút.
Cường ựộ giật càng giảm nhiều khi diện tắch tiết diện càng lớn. Diễn biến tốc ựộ gió theo ngày ở các ựiểm nằm khác nhau vài km, thậm chắ vận tốc gió trung bình theo giờ cũng rất khác nhau. Cường ựộ gió giật trung bình trong khoảng thời gian T có thể ựánh giá bằng biểu thức:
[ ]∫ ∫ ∞ → = T dt t V t V2( ) lim ( ) 2
Hướng gió thường ựóng vai trị ắt quan trọng hơn khi sử dụng năng lượng gió. Tuy nhiên trong những ựiều kiện cảnh quan khác nhau, gió với các hướng khác nhau có các ựặc ựiểm ựặc trưng: Vận tốc và gió giật lớn hơn hoặc nhỏ hơn.
Gradien vận tốc theo góc có ảnh hưởng ựáng kể tới sự làm việc của các cơ cấu ựiều chỉnh hường tự ựộng và trọng lượng con quay. Gió giật gây lên bởi cấu trúc rối của dòng chảy ảnh hưởng tới sự làm việc của các hệ thống ựiều chỉnh tự ựộng tần số quay và giới hạn cơng suất của bánh cơng tác gió và ựồng thời ảnh hưởng tới sự ổn ựịnh của hệ thống. Năng lượng E của dòng khắ có tiết diện ngang với diện tắch F ựược xác ựịnh theo biểu thức:
2 2 2
mV
E=
Khối lượng không khắ chảy qua tiết diện F trong 1 giây với vận tốc V ựược tắnh theo biểu thức sau:
m = ρFV (kg/s) 2 FV 2 3 2 ρ = = mV E
Trong ựó: ρ = 1,23 (kg/m3) là khối lượng riêng của không khắ, trong
ựiều kiện thường (T = 150C, p = 760mmHg).
Như vậy, năng lượng gió thay ựổi tỷ lệ bậc ba với vận tốc. Bánh cơng tác gió có thể biến ựổi một phần năng lượng này thành năng lượng hữu ắch và ựược ựánh giá bằng hệ số sử dụng năng lượng gió (NLG).
đặc trưng của NLG là tập hợp các dự liệu cần thiết và ựủ ựộ tin cậy ựặc trưng cho gió như là một nguồn năng lượng và cho phép làm rõ giá trị năng lượng của nó. đó cũng là một hệ thống các dữ liệu ựặc trưng cho chế ựộ gió ở các vùng khác nhau, trên cơ sở ựó có thể tắnh tốn các chế ựộ và thời gian làm việc của tổ máy với công suất này hoặc khác, và năng lượng tổng cộng có thể khai thác ựược.
đặc tắnh ựặc trưng quan trọng nhất là mật ựộ phân bố các vận tốc gió khác nhau, diễn biến các chu kỳ làm việc và sự lặng gió, các chế ựộ vận tốc cực ựại (bão). Các giá trị vận tốc gió trung bình năm và trung bình mùa cũng là những ựặc trưng quan trọng, thuận lơi ựể ựánh giá tiềm năng NLG.
đặc tắnh quan trọng hơn cần phải kể ựến là hàm quy luật thống kê tần số biến ựổi vận tốc gió trong khoảng thời gian xác ựịnh. Khi biết quy luật xác ựịnh và thông số của hàm này và khi có các ựặc tắnh của các tổ máy NLG, có thể ựánh giá ựược năng lượng sản ra, thời gian dừng làm việc, hệ số sử dụng, công suất lắp ựặt, hiệu quả kinh tế...