intTypePromotion=3

Bài giảng Năng lượng tái tạo: Chương 3 (Bài 8) - TS. Nguyễn Quang Nam

Chia sẻ: Sơn Tùng | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:42

0
97
lượt xem
39
download

Bài giảng Năng lượng tái tạo: Chương 3 (Bài 8) - TS. Nguyễn Quang Nam

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

 Bài giảng "Năng lượng tái tạo - Chương 3 (Bài 8): Năng lượng gió" cung cấp cho người học các kiến thức: Hiệu suất cực đại của rôto, máy phát tuabin gió, điều chỉnh tốc độ để đạt công suất cực đại, công suất gió trung bình. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Năng lượng tái tạo: Chương 3 (Bài 8) - TS. Nguyễn Quang Nam

  1. 408004 Năng lượng tái tạo Giảng viên: TS. Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK1 http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Bài giảng 8 1
  2. Ch. 3: Năng lượng gió 3.5. Hiệu suất cực đại của rôto 3.6. Máy phát tuabin gió 3.7. Điều chỉnh tốc độ để đạt công suất cực đại 3.8. Công suất gió trung bình Bài giảng 8 2
  3. Hiệu suất cực đại của rôto • Hai trường hợp đặc biệt, cả hai đều không có nghĩa - • Tốc độ gió phía sau bằng 0 – tuabin lấy toàn bộ công suất gió • Tốc độ gió phía sau bằng phía trước – tuabin không lấy được bất kỳ công suất nào • Albert Betz 1919: Phải có một mức độ giảm tốc độ lý tưởng để tuabin lấy được công suất tối đa • Dựa vào ràng buộc về khả năng của một tuabin trong việc chuyển động năng của gió thành công suất cơ • Xét luồng gió đi qua tuabin – nó giảm tốc độ và giảm áp suất, do đó sẽ nở ra Bài giảng 8 3
  4. Công suất nhận được từ cánh 1 Pb = m& ( v 2 − vd 2 )                       (6.18) 2 • ṁ = tốc độ truyền khối không khí trong ống • v = tốc độ gió phía trước (chưa bị ảnh hưởng) • vd = tốc độ gió phía sau Bài giảng 8 4
  5. Xác định tốc độ truyền khối • Dễ nhất là xác định tại bề mặt rôto vì chúng ta biết diện tích mặt cắt A • Vậy, tốc độ truyền khối từ (6.3) là m& = ρ Avb                       (6.19) • Giả sử tốc độ gió tại rôto vb là trung bình cộng của tốc độ gió phía trước v và tốc độ gió phía sau vd: v + vd �v + vd � vb = m& = ρ A � �  2 � 2 � Bài giảng 8 5
  6. Công suất nhận được từ cánh • Vậy (6.18) trở thành 1 �v + vd � 2 Pb = ρ A � �( − d )                       (6.20) 2   v v 2 � 2 � • Định nghĩa vd λ =                                             (6.21) v • Viết lại (6.20) thành 1 �v + λ v � 2 Pb = ρ A � �( − λ v )          (6.22) 2 2   v 2 � 2 � 1 3 1 Pb = ρ Av � � (�1 + λ ) ( 1 − λ 2 ) � �                      (6.22) 2 2 PW = Công suất gió CP = Hiệu suất rôto Bài giảng 8 6
  7. Hiệu suất cực đại của rôto • Tìm tỷ số tốc độ gió để hiệu suất của rôto đạt cực đại, CP • Từ slide trước đó 1 1 λ 2 λ λ 3 CP = �(� ) ( 1 + λ 1 − λ 2 ) � =   ­ + ­   � 2 2 2 2 2 Gán đạo hàm của hiệu suất bằng 0, và giải theo : CP =3λ 2 + 2λ − 1 = 0 λ CP 1 = ( 3λ − 1) ( λ + 1) = 0 λ= λ 3 sẽ cho hiệu suất rôto cực đại Bài giảng 8 7
  8. Hiệu suất cực đại của rôto • Thay giá trị tối ưu của vào CP để tìm hiệu suất cực đại của rôto: 1� � 1�� 1� � 16 CP = � �1+ � �1− 2 � � =  = 59.3%           (6.26) 2� � 3�� 3 � � 27 • Hiệu suất cực đại 59,3% xảy ra khi không khí phía sau có tốc độ bằng 1/3 giá trị phía trước. • Được gọi là “hiệu suất Betz” hay “định luật Betz” Bài giảng 8 8
  9. Hiệu suất của rôto • Ở tốc độ gió đã cho, hiệu suất rôto là một hàm của tốc độ quay của rôto. • Nếu rôto quay quá chậm, hiệu suất giảm vì cánh đã để lọt quá nhiều gió. • Nếu rô to quay quá nhanh, hiệu suất giảm vì mỗi cánh gây nhiễu loạn nhiều lên cánh tiếp theo. • Cách thông thường để minh họa hiệu suất rôto là biểu diễn nó như một hàm của tỷ số tốc độ (TSR – tip-speed ratio). • Tỷ số tốc độ là tỷ số của tốc độ tại đầu cánh và tốc độ gió. Bài giảng 8 9
  10. Tỷ số tốc độ (TSR) • Hiệu suất là một hàm của tốc độ quay của rôto • Tỷ số tốc độ (TSR) Rotor tip speed rpm π D Tip­Speed­Ratio (TSR) = =    (6.27) Wind speed 60v • D = đường kính rôto (m) • v = tốc độ gió phía trước (m/s) • rpm = tốc độ rôto, (vòng/phút) • Rôto có ít cánh sẽ đạt hiệu suất cực đại ở tỷ số tốc độ cao hơn Bài giảng 8 10
  11. Tỷ số tốc độ (TSR) Bài giảng 8 11
  12. Ví dụ 6.7 • Tuabin gió đường kính 40-m, 3 cánh, 600 kW, tốc độ gió 14 m/s, khối lượng riêng không khí 1,225 kg/m3 a. Tìm tốc độ rôto (vòng/phút) nếu nó có TSR là 4,0 b. Tìm tốc độ tại đầu cánh của rôto c. Tỷ lệ hộp số là bao nhiêu để tốc độ rôto khớp với tốc độ của máy phát đồng bộ, nếu máy phát quay ở 1800 vòng/phút? d. Hiệu suất của tuabin gió ở các điều kiện này là bao nhiêu? Bài giảng 8 12
  13. Ví dụ 6.7 a. Tìm tốc độ rôto (vòng/phút) nếu nó có TSR bằng 4,0 Viết lại (6.27), Tip­Speed­Ratio (TSR) 60v rpm =    πD 4.0 � 60sec/min � 14m/s rpm =  = 26.7 rev/min  π 40m/rev Ta cũng có thể biểu diễn thành vòng/giây: 26.7 rev/min rpm =    = 0.445 rev/sec or 2.24 sec/rev 60 sec/min Bài giảng 8 13
  14. Ví dụ 6.7 b. Tốc độ đầu cánh Từ (6.27): rpm π D Rotor tip speed=     60 sec/min Rotor tip speed = (rev/sec) π D    Rotor tip speed = 0.445 rev/sec π 40 m/rev   = 55.92 m/s c. Tỷ lệ hộp số Generator rpm 1800 Gear Ratio =  =  = 67.4  Rotor rpm 26.7 Bài giảng 8 14
  15. Ví dụ 6.7 d. Hiệu suất của toàn bộ tuabin (cánh, hộp số, máy phát) dưới các điều kiện này Từ (6.4): 1 1 �π �3 PW = ρ Av =  ( 1.225 ) � � 3 14 = 2112 kW 402 � 2 2 �4 � Hiệu suất toàn bộ: 600 kW η= = 28.4% 2112 kW Bài giảng 8 15
  16. Động cơ không đồng bộ dùng làm máy phát • Stato cần có dòng điện kích thích – từ lưới nếu nó nối lưới hay – tích hợp tụ điện bên ngoài Figure 6.18. Single­phase, self­excited, induction generator  • Tốc độ gió làm cho máy phát quay nhanh hơn tốc độ đồng bộ Bài giảng 8 16
  17. Động cơ không đồng bộ dùng làm máy phát • Độ trượt là âm vì rôto quay nhanh hơn tốc độ đồng bộ • Độ trượt thường nhỏ hơn 1% với hệ hòa lưới • Tốc độ rôto điển hình N R = (1 − s) N S = [1 − (−0.01)] � 3600 = 3636 rpm Bài giảng 8 17
  18. Trang trại gió • Khảo sát trong hình 6.28 xét các dãy vuông, nhưng các dãy vuông không có ý nghĩa lắm • Các dãy hình chữ nhật với một vài hàng dài sẽ tốt hơn • Khoảng cách đề xuất là 3 – 5 lần đường kính rôto giữa các tháp trong một hàng và 5 – 9 lần đường kính rôto giữa các hàng • Đặt lệch các hàng là phổ biến Bài giảng 8 18
  19. Điều chỉnh tốc độ tuabin • Cần thiết để có thể cắt bớt gió ở tốc độ gió cao • Hiệu suất rôto thay đổi ở các tỷ số tốc độ (TSR) khác nhau, và TSR là một hàm của tốc độ gió • Để duy trì TSR là hằng số, tốc độ cánh phải thay đổi khi tốc độ gió thay đổi • Thách thức ở đây là thiết kế máy có thể tạo ra tốc độ rôto thay đổi và tốc độ máy phát cố định Bài giảng 8 19
  20. Hiệu suất theo tốc độ gió Bài giảng 8 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản