CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN TRIỂN KHAI đỀ TÀ
2.4. Phương pháp ựiều khiển cánh gió của tuabin trục ựứng 1 Lý luận chung
2.4.1 Lý luận chung
Nhược ựiểm của các tuabin gió nói chung và tuabin gió trục ựứng nói
riêng là khi tốc ựộ gió thay ựổi thì tốc ựộ quay của tuabin cũng thay ựổi theo. để giữ cho tốc ựộ quay của tuabin ổn ựịnh chúng ta có thể thực hiện bằng cách thay ựổi góc cánh của tuabin, thay ựổi diện tắch bề mặt hứng gió của cánh.
Lồi người ựã biết sử dụng năng lượng gió từ rất lâu, nhưng ở mức ựộ hạn chế. Ngày nay các nước vùng ôn ựới và hàn ựới ựã quan tâm và ựã có
Máy phát ựiện gió cơng suất lớn ựịi hỏi phải có hệ thống ựiều tốc tốt,
ựảm bảo số vòng quay của trục tuabin nằm trong giới hạn cho phép. Trong luận văn này tác giả giới thiệu một phương pháp ựiều tốc ựó là phương pháp ựiều khiển góc cánh của tuabin, qua ựó diện tắch bề mặt hứng gió của cánh tuabin sẽ thay ựổi ựể ổn ựịnh tốc ựộ quay của tuabin.
Với máy phát ựiện gió cơng suất nhỏ, việc thay ựổi góc cánh thường hay dùng phương pháp ly tâm của khối lượng quay. Khi tốc ựộ gió thay ựổi sẽ làm tốc ựộ quay của tuabin thay ựổi, lực ly tâm của vật quay cũng thay ựổi. Nếu gió lớn, vận tốc gió tăng, lực ly tâm tăng lên, tác dụng lên cơ cấu thay ựổi góc cánh tuabin làm giảm diện tắch bề mặt hứng gió, dẫn ựến hạn chế mức ựộ tăng tốc ựộ quay của tuabin. Khi gió dịu ựi, vận tốc gió giảm xuống, cánh tuabin tự xoay dần về vị trắ ban ựầu, ựể duy trì tốc ựộ quay của tuabin trong phạm vi cho phép.Với máy phát ựiện sức gió cơng suất lớn, thường dùng kết cấu cơ khắ như hệ thống cam ựể ựiều chỉnh góc cánh. Kết cấu máy sử dụng lực ly tâm và kết cấu cơ khắ ựể xoay cánh tuabin như vậy tương ựối ựơn giản, nhưng có nhược ựiểm là ựáp ứng chậm, ựộ chắnh xác ựiều chỉnh thấp, khoảng biến thiên tốc ựộ quay của tuabin quá lớn.
Nguyên lý làm việc của hệ thống ựiều khiển cánh gió ựể ổn ựịnh tốc
ựộ quay của tuabin như sau: đặt cho trục tuabin gió một giới hạn tốc ựộ cho phép; khi tốc ựộ gió lớn hơn quy ựịnh, trục tuabin sẽ quay nhanh hơn tốc ựộ cho phép, bộ phận cảm biến nhận ựược tắn hiệu, chuyển tắn hiệu ựó ựến bộ ựiều khiển, bộ ựiều khiển so sánh với tốc ựộ quay quy ựịnh, phát tắn hiệu ựến ựộng cơ ựiều khiển cánh gió, ựộng cơ thay ựổi góc cánh tuabin ựể giảm bề mặt hứng gió; khi tốc ựộ gió giảm, ựộng cơ sẽ xoay cánh quay trở lại. Bằng cách này, tốc ựộ quay của trục tuabin ựược ựiều chỉnh kịp thời, khoảng dao ựộng của tốc ựộ quay tương ựối nhỏ.
Việc biến ựổi năng lượng gió tuân theo những nguyên lý cơ bản về khả năng sử dụng gió và khả năng tối ưu của các tuabin.
đặt tuabin gió trong dịng chảy của khơng khắ, khi không khắ ựến gần tuabin bị ứ lại, áp suất dòng chảy tăng lên và vận tốc giảm, ựến khi dòng chảy chạm vào mặt tuabin trao cho tuabin năng lượng. Dòng chảy phắa sau tuabin bị nhiễu xoáy, gây bởi chuyển ựộng của tuabin và sự tác ựộng với các dịng khơng khắ xung quanh.
Về ngun tắc, dịng chảy phải ựược duy trì. Do ựó, năng lượng tuabin thu nhận ựược bị hạn chế. Trong trường hợp tồn bộ năng lượng gió ựược tuabin thu nhận, thì vận tốc gió ựằng sau tuabin sẽ bằng không. Muốn cho dòng chảy ựược cân bằng giữa khối lượng và vận tốc, năng lượng chảy qua tuabin phải bị mất mát. đối với hệ tối ưu, số phần trăm cực ựại của năng lượng gió có thể thu nhận ựược tắnh theo công thức do Carl Betz ựưa ra năm 1927 :
2593 593 , 0 3 0 V A P r Max =
Trong ựó : P Là mật ựộ năng lượng
Ar Là diện tắch quét của cánh tuabin
V0 Là vận tốc gió ban ựầu
Số 0.593 là giới hạn Betz.
Bằng phương pháp phân tắch ựơn giản về ựộng lực học ựối với tuabin gió tìmựược hệ số cơng suất cực ựại của nó là 16/27 tức là 59,3%. điều này ựã ựược Betz chứng minh (1927). Hiển nhiên ựây là trường hợp số cánh vô hạn (trở lực bằng không) là ựiều kiện của một ựộng cơ gió lý tưởng. Trong thực tế có 3 nhân tố làm giảm nhỏ hệ số công suất cực ựại:
1- Phắa sau tuabin gió tồn tại dịng xốy 2- Số cánh của tuabin gió là có hạn 3- Tỷ số Cd/Cl khơng bằng 0
Trong ựó: ρ - mật ựộ không khắ(kg/m3)
V - vận tốc dịng khơng khắ (gió) khơng bị nhiễu loạn (m/s)
A - Diện tắch hình chiếu của cánh (diện tắch hứng gió) (m2).
Fl - Lực nâng (N).
Fd - Lực cản (N).
Như vậy, khi thay ựổi diện tắch bề mặt hứng gió của cánh tuabin, thì
hiệu suất sử dụng năng lượng gió của tuabin thay ựổi, tức là thay ựổi lực tác dụng lên cánh làm quay tuabin. Khi tốc ựộ gió tăng, năng lượng gió tăng lên, nhưng cơng suất trên trục tuabin hầu như không tăng lên.
Hệ thống thiết bị khai thác năng lượng gió rất khác nhau về kắch thước, hình dạng và dạng năng lượng cuối cùng nhận ựược. Nói chung hệ thống thiết bị khai thác năng lượng gió có các phần: Bộ góp sức gió, chuyển ựộng sơ cấp, thiết bị sản sinh năng lượng cuối cùng.
Hệ thống máy phát ựiện sức gió, dạng năng lượng cuối cùng là ựiện năng; bộ góp gió là tuabin gió; chuyển ựộng sơ cấp là chuyển ựộng quay tròn của trục tuabin; thiết bị sản sinh ựiện năng là máy phát ựiện. để máy phát ựiện hoạt ựộng tốt, có thể hồ ựược vào lưới ựiện quốc gia, chuyển ựộng sơ cấp - chuyển ựộng quay trịn của trục tuabin phải có tốc ựộ quay hợp lý và ắt thay ựổi.