Bài giảng Công nghiệp điện gió - Nguyễn Ngọc Tân

Chia sẻ: Sinh Nhân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:200

Thêm vào BST

Báo xấu

243
lượt xem 57
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Công nghiệp điện gió" giới thiệu tới người đọc các nội dung: Tổng quát, sự phát triển của công nghệ tua-bin điện gió, sơ lược về kỹ thuật, thất thoát cơ năng, phân tích và xác định tiềm năng gió, dự toán sản lượng điện, chuẩn mực so sánh trong đầu tư trang trại điện gió,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Công nghiệp điện gió - Nguyễn Ngọc Tân

Công nghiệp ĐiỆN GÍO Thời báo Kinh Tế Sài Gòn & Trung tân Kinh tế châu Á - TBD - Thành phố Hồ Chí Minh ngày 06 tháng 4 năm 2012 Nguyễn Ngọc Tân
Nội dung 1. Tổng quát. 2. Sự phát triển của công nghệ tua-bin điện gió. 3. Sơ lược về kỹ thuật. 4. Thất thóat cơ năng. 5. Phân tích và xác định tiềm năng gió, dự toán sản lượng điện. 6. Chuẩn mực so sánh trong đầu tư trang trại điện gió. 7. Cánh đồng điện gío lắp đặt trên đất liền. 8. Trang trại điện gío lắp đặt trên biển. 9. Tích trữ năng lượng từ gió. 10. Thử nghiệm điện gió với những công nghệ khác. 11. Thị trường điện gió Việt Nam. 12. Tua-bin điện gió và kinh phí đầu tư. 13. Đọan phim ngắn về điện mặt trời và điện gió. 14. Thảo luận.
1. Tổng quát. Năng lượng tái tạo
Fraunhofer Institute for Wind Energy and Energy System Technology Kịch bản sử dụng 100% năng lượng tái tạo tại CHLB Đức – Năm 2050 - - - Sau sự cố Fukishima , CHLB Đức quyết định đóng cửa tất cả những nhà máy điện nguyên tử vào năm 2022 (ghi chú thêm từ NNT) 1 Exajoule = 277,778 Tỉ kW Tài liệu công bố tháng 2 năm 2009 "Exa" E (1 Trillion) = 1018 PV photovoltaics "Joule" = Đơn vị của năng lượng CSP concentrated solar power
Gió. Tia nắng mặt trời chiếu vào mặt đất thay đổi không đồng đều làm nhiệt độ trong bầu khí quyển, nước và không khí luôn khác nhau, trái đất luôn quay trong quỹ đạo xung quanh mặt trời và tự quay quanh trục nên tạo ra mùa, ngày, đêm. Từ sự quay quanh trục của trái đất nên không khí chuyển động xoáy theo những chiều khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu làm nhiệt độ của khí quyển thay đổi phát sinh những vùng áp cao và áp thấp. Ngoài ra vào ban đêm, một nửa bề mặt của trái đất, bị che khuất không nhận được tia nắng mặt trời, nửa bề mặt kia là ban ngày nên cường độ tia nắng cao hơn, thêm vào đó nhiệt độ ở Bắc bán cầu, Nam bán cầu và đường xích đạo cũng như nhiệt độ ở biển và trên đất liền luôn khác nhau. Chính vì sự thay đổi nhiệt độ của khí quyển làm không khí chuyển động. Sự chuyển động của không khí được gọi là gió.
Mô hình hoàn lưu khí quyển với các trung tâm khí áp bề mặt có tính đến sự phân bố đất biển không đều.
Tốc độ và hướng gió. Đơn vị của tốc độ gío được tính theo kilomet trên giờ (km/h) hoặc mét trên giây (m/s) hoặc knot (kn: hải lý trên giờ) hoặc Mile trên giờ (mph) tại Mỹ. • 1 kn = 1 sm/h = 1,852 km/h = 0,514 m/s • 1 m/s = 3,6 km/h = 1,944 kn = 2,237 mph • 1 km/h = 0,540 kn = 0,278 m/s = 0,621 mph • 1 mph = 1,609344 km/h = 0,8690 kn = 0,447 m/s Hướng gió là hướng mà từ đó gió thổi tới điểm quan trắc. Hướng gió được biểu thị bằng phương vị đông, tây, nam, bắc hoặc theo góc là lấy hướng bắc làm mốc ở vị trí 00 hoặc 3600 và tính theo chiều kim đồng hồ. Như vậy hướng đông ứng với góc 900, hướng nam ứng với góc 1800, hướng tây ứng với góc 2700.) Ngoài ra, người ta còn dùng cấp gió để chỉ tốc độ gió như cấp gió Beaufort. (Francis Beaufort 1806) và được viết tắt là bft. Biểu đồ này đầu tiên được đưa ra để đánh giá ảnh hưởng của gío cho thuyền buồm và việc vận chuyển trên sông hồ, biển… Giáo Trình Khí Tượng Cơ sở DHKHTN - 2012
Bản đồ phân bố tốc độ gió Việt Nam ở độ cao 80 mét được thực hiện từ Bộ công thương,TrueWind Solutions LCC (Mỹ) và Ngân hàng thế giới năm 2010. Đây là tài liệu đánh giá tiềm năng gió tại Việt Nam. Bản đồ phân bố tốc độ gió được thực hiện với phần mềm mô phỏng ‘MesoMap’. Kết quả mô phỏng được trình bày trên bản đồ hiển thị tốc độ gió trung bình theo màu với độ phân giải là 1 km. Bản đồ phân bố tốc độ gió Việt Nam ở độ cao 80 mét.
Kết quả mô phỏng của mô hình có thể sai lệch từ 5 đến 8% so với tốc độ và hướng gió thực nên không thể dựa vào Bản đồ phân bố tốc độ gió để dự toán sản lượng điện hàng năm cho một cánh đồng điện gió. Tuy nhiên đây là một nguồn thông tin quan trọng vì Bản đồ phân bố tốc độ gió cung cấp cho các nhà đầu tư có cái nhìn tổng thể về những địa điểm có tiềm năng gió cao thích hợp để xây dựng nhà máy điện gió. Để xác định chính xác tiềm năng gió và dự toán được sản lượng điện hàng năm của dự án điện gió, cần có số liệu gió trung bình trong năm, số liệu này phải chính xác (!). Việc này chỉ có thể thực hiện được khi dựa theo phương pháp đo gió SODAR (Sound Detecting And Ranging) hoặc xây dựng cột đo gió. Thời gian đo ít nhất phải là 1 năm, tốt nhất là 10 năm.
Với số liệu thu được từ cột đo gió ở độ cao thấp hơn (tại những vùng bằng phẳng và trống trải) ta có thể tính ra được tốc độ gió ở độ cao tâm cánh quạt của Tua-bin điện gió dựa theo phương trình: trong đó: v1: Tốc độ gió ở độ cao thứ 1 (m/s). v2: Tốc độ gió ở độ cao thứ 2 (m/s). Z1: Độ cao thứ nhất (m). Z2: Độ cao thứ hai (m). α: Hệ số Hellman từ 0,06 đến 0,60 tùy theo địa hình, vị trí, độ vẩn đục của môi trường không khí. Nguyên tắc cột đo gió và tua-bin.
Hoa tốc độ gió Hoa tốc độ gió trung bình Những số liệu về tốc độ và hướng gió của từng thời điểm và từng vị trí được hiển thị bằng hoa gió. Hướng gió trong hoa gió được định theo chiều đông, tây, nam, bắc và thường được chia thành 12 hoặc 36 mảng trong một vòng tròn. Diện tích trong mỗi mảng được hiển thị bằng màu là tốc độ gió trung bình trong ngày hoặc trong tháng.
Cột đo tốc độ và hướng gió tiêu biểu.
Cột đo gió tại Huyện Bình Đại - Bến Tre
Tiêu chuẩn lớp gió cho tua-bin điện gió. Uỷ ban Kỹ thuật Điện Quốc tế IEC (International Electrotechnical Commission) đưa ra những Tiêu chuẩn lớp gió của tua-bin cho những vùng có tiềm năng gió ít hoặc nhiều theo tốc độ gió trung bình và sự xáo động gió trong năm. Tiêu chuẩn Lớp gió cho tua-bin điện gió I II III IV Tiêu chuẩn tua-bin theo loại (vùng có (vùng có (vùng có (vùng có (IEC) gió mạnh) gió khá gió trung gió yếu) mạnh) bình) Tốc độ gió tiêu biểu của 50 50 m/s 42,5 m/s 37,5 m/s 30 m/s năm v REF Tốc độ gió trung bình trong 10 m/s 8,5 m/s 7,5 m/s 6 m/s năm v TB Tốc độ gió cao nhất trong 50 70 m/s 59,5 m/s 52,5 m/s 42 m/s năm 1.4 v REF Tốc độ gió cao nhất trong 1 52,5 m/s 44,6 m/s 39,4 m/s 31,5 m/s năm 1.05 v REF
2. Sự phát triển của công nghệ tua-bin điện gió. Công nghệ điện gió gồm hai loại, loại trục đứng: Savonius, Darieus và loại trụng ngang. Tua-bin điện gió trục đứng có hệ số công suất thấp nhưng vì cấu hình giản dị, dễ thiết kế và dễ sản xuất nên những loại tua-bin điện gió này thường được sản xuất cho những nơi cần công suất khoảng từ 5 đến 20kW. Tua-bin điện gió trục đứng Darrieus - Tua-bin điện gió trục ngang.
Quạt gió xay ngũ cốc - Hà Lan Quạt gió bơm nước - Úc
Tua-bin trục đứng Tua-bin trục đứng H- Darrieus tại Heroldstat - Darrieus tại Nam cực CHLB Đức Tua-bin trục đứng Tua-bin trục đứng Savonius Savonius 3 tầng
Tua-bin trục đứng. 10MW Aerogenerator X © Wind Power Ltd & Grimshaw 2010 / GB
Trước kia một số tua-bin điện gió trục ngang được thiết kế có hướng đón gió từ phía sau (down wind rotor), phương pháp này có nhiều nhược điểm như dòng gió luôn bị xáo động do gió thổi vào thân trụ rồi mới đến cánh quạt. Từ khoảng năm 1995 tua-bin điện gió được thiết kế với nguyên tắc đón gió từ phía sau không còn được sử dụng rộng rãi. Phần lớn những tua-bin điện gió hiện nay được thiết kế có hướng đón gió từ phía trước (up wind rotor). Tua-bin đón gió từ phía Tua-bin đón gió từ phía sau (down wind rotor) trước (up wind rotor)
 Vào đầu những năm 80, khái niệm công nghệ tua-bin, được gọi là “Khái Niệm Đan-Mạch”. Trong công nghệ này tua-bin họat động với một tốc độ nhất định để giữ tần số điện phù hợp với lưới điện.  Cho đến nay, phần lớn những tua-bin lắp đặt trên thế giới sử dụng hộp số để chuyển tốc độ số vòng quay của cánh quạt lên cao và truyền đến máy phát điện.  Từ năm 1993 công nghiệp điện gió sử dụng máy phát điện nam châm vĩnh cửu được sản xuất và đưa vào thị trường. Nguyên tắc của lọai máy phát điện này là sử dụng nam châm vĩnh cửu kết hợp nhiều cực trong một vòng khung và được gắn trực tiếp với hệ thống Rotor. Công nghệ này trong những năm 90 không phát triển vì giá thành vật liệu nam châm vĩnh cửu từ đất hiếm rất cao. Những năm vừa qua việc khai thác đất hiếm tăng nên công nghệ máy phát điện nam châm vĩnh cửu phát triển nhanh.