CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TUABIN GIÓ
2.3. Bốn vùng hoạt động của một Tuabin gió điển hình
Chế độ vận hành của một mẫu Tuabin gió phổ biến đƣợc miêu tả nhƣ hình bên dưới:
Hình 2. 4: Các vùng hoạt động của Tuabin gió
Công suất
Công suất định mức
Vùng 1 Vùng 2 Vùng 3
Tốc độ gió
HVTH: ĐOÀN MINH DUY Trang 25
Vùng 1: trong vùng 1 năng lƣợng của gió không đủ để thắng đƣợc lực ma sát
trong Tuabin gió. Nếu Tuabin gió được kết nối với lưới điện thì nó sẽ hoạt động giống như một Motor lấy điện từ nguồn điện của lưới. Vì vậy, khi tốc độ gió dưới mức “cut-in” thì Tuabin gió sẽ dừng hoạt động thông qua cơ cấu điều khiển gióc pitch cánh quạt gió (gióc pitch sẽ quay về gióc 900 hoàn toàn không hứng gió) và máy phát điện sẽ ngắt kết nối với lưới điện. Khi tốc độ gió vượt qua mức “cut-in”
thì Tuabin gió bắt đầu vận hành. Chế độ khởi động sẽ bao gồm việc thả phanh, điều chỉnh gióc pitch cánh quạt gió từ không hứng gió đến gióc hứng gió cài đặt để Moment khí động học có thể gia tốc trục Rotor nhanh hơn và khi tốc độ trục Rotor đạt giá trị mong muốn thì máy phát điện sẽ được nối với lưới điện.
Vùng 2: Khi tốc độ gió trên mức “cut-in” và máy phát điện được nối lưới, Tuabin gió vận hành ở vùng 2. Trong vùng 2 mục tiêu của Tuabin gió là phải chuyển hóa năng lƣợng cực đại từ gió hoặc tối đa hiệu suất Tuabin gió. Điều này có thể đạt đƣợc thông qua việc điều tốc độ Rotor khi mà tốc độ gió biến động để đạt đƣợc hệ số tốc độ (λ) tối ƣu.
Ngoài ra trong vùng 2 cũng có một số mục tiêu cần đạt đƣợc. Khi gió dao động bất định sẽ sinh ra các kích thích tuần hoàn tác động lên tháp Tuabin gió và lực va đập của gió có thể gây nên chấn động cho kết cấu. Điều này sẽ gây ra Moment xoắn đáng kể và tác động đến giới hạn mỏi của kết cấu Tuabin gió. Một trong những mục tiêu của điều khiển Tuabin gió là phải giảm thiểu tối đa những tác hại này thông qua việc điều khiển Moment của máy phát điện hoặc điều khiển gióc pitch cánh quạt gió để giảm sốc thông qua bộ điều khiển có phản hồi [45]. Hệ thống điều khiển gióc pitch cũng đƣợc nghiên cứu độc lập để xem khả năng giảm thiểu các kích thích tuần hoàn này. Bộ điều khiển gióc hứng gió (yaw motor) đƣợc điều khiển để giảm tối đa sai số gióc hứng gió của Tuabin gió và nâng công suất lên cực đại. Việc điều khiển gióc hứng gió cũng rất cần thiết trong việc giảm tải các dây dẫn điện kết nối máy phát điện/bộ điều khiển trong hộp Tuabin gió đến trạm biến điện trên mặt đất.
HVTH: ĐOÀN MINH DUY Trang 26
Vùng 3: khi tốc độ gió trên giá trị định mức thì Tuabin gió sẽ đi vào vùng hoạt
động số 3. Mục tiêu chính của Tuabin gió tại vùng số 3 này là phải giới hạng năng lƣợng chuyển hóa của Rotor về mức cài đặt thông qua bộ điều khiển gióc pitch cánh quạt gió và giới hạn tốc độ của Rotor về tốc độc định mức. Năng lƣợng chuyển hóa bởi cánh quạt gió có thể giảm thông qua việc điều chỉnh gióc pitch từ 00 (hứng gió hoàn toàn) đến 900 (chế độ thất tốc – không hứng gió). Ngoài việc hạn chế năng lƣợng chuyển hóa từ gió, thì còn có một số mục tiêu quan trọng cần chú ý nhƣ giảm tối đa quá trình đột biến Moment xoắn trong bộ truyền động, giảm rung động của tháp Tuabin gió về mức thấp nhất và hạn chế độ mỏi của hộp số.
Trong phần tiếp theo, sẽ tiến hành lấy mẫu Tuabin gió AOC 15/50 của hãng Atlantic Orient Canada (hiện nay là Seaforth Energy) để nghiên cứu. Những số liệu thống kê đƣợc lấy từ tổ chức NREL (National Renewable Energy Laboratory). Ở đây giả định hướng gió là không thay đổi và bỏ qua phân tích bộ điều hướng hứng gió (yaw control). Những tương tác của gió đến kết cấu Tuabin gió cũng bỏ qua vì mục tiêu của luận văn là phân tích khả năng thay thế hộp số Tuabin gió bằng bộ truyền động thủy tĩnh. Vì vậy, mục tiêu duy nhất ở đây là nghiên cứu khả năng chuyển hóa năng lƣợng cực đại khi Tuabin gió vận hành trong vùng 2 và khả năng đảm bảo an toàn khi tốc độ gió quá mức cho phép bằng cách sử dụng bộ điều khiển gióc pitch (Pitch controller) trong vùng 3.
Vùng 4: Khi tốc độ gió trên mức “cut-out” thì Tuabin gió sẽ vào vùng 4.
Trong vùng này tốc độ gió là rất cao và Tuabin gió không đƣợc thiết kế để chịu mức tải quá cao. Vì vậy, để đảm bảo an toàn thì Tuabin gió phải ngắt kết nối khỏi lưới điện và trục Rotor phải đƣợc hảm lại đồng thời gióc pitch phải chuyển qua chế độ thất tốc (900).
Để hiểu thêm về bộ điều khiển Tuabin gió có thể tìm hiểu trong tài liệu tham khảo: [15], [26], [39], [40], [49], [54]
HVTH: ĐOÀN MINH DUY Trang 27