Bài giảng Năng lượng tái tạo: Chương 3 (Bài 9) - TS. Nguyễn Quang Nam

Chia sẻ: Sơn Tùng | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:43

Thêm vào BST

Báo xấu

213
lượt xem 51
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Năng lượng tái tạo - Chương 3 (Bài 9): Năng lượng gió" cung cấp cho người học các kiến thức: Ước lượng năng lượng của tuabin gió, tính toán các đặc tính vận hành của tuabin gió, tính toán kinh tế, tác động môi trường của máy phát điện gió. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Năng lượng tái tạo: Chương 3 (Bài 9) - TS. Nguyễn Quang Nam

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 9 1
Ch. 3: Năng lượng gió 3.9. Ước lượng năng lượng của tuabin gió 3.10. Tính toán các đặc tính vận hành của tuabin gió 3.11. Tính toán kinh tế 3.12. Tác động môi trường của máy phát điện gió Bài giảng 9 2
Phân cấp công suất gió Bài giảng 9 3
Ước lượng năng lượng tuabin gió • Không phải toàn bộ năng lượng gió được giữ lại – rôto loại bỏ bớt gió tốc độ cao, còn gió tốc độ thấp thì quá chậm để vượt qua lực cản. • Tùy thuộc vào rôto, hộp số, máy phát, tháp, điều khiển, vùng đất, và gió. • Hiệu suất chuyển đổi toàn bộ (Cp g) là khoảng 30% PW PB PE Power in CP ηg Power to Power the Wind Rotor Extracted Gearbox & Electricity by Generator Blades Bài giảng 9 4
Ví dụ 6.11 – Năng lượng tuabin gió hàng năm • Cần dùng (6.16) để tìm v ở 50 m, với z cho độ nhám cấp 1 là 0,03 m (từ bảng 6.4) ln( H / z ) v = v0 (6.16) ln( H 0 / z ) ln(50 / 0.03) v = 5 m/s = 6.39 m/s ln(10 / 0.03) • Do đó, mật độ công suất trung bình của gió tại 50 m từ (6.48) là 6 1 (1.225) ( 6.39 ) = 304.5 W/m 3 Pavg /m = 2 2 π 2 Bài giảng 9 5
Ví dụ 6.11 – Năng lượng tuabin gió hàng năm • Đường kính rôto là 48 m và hiệu suất toàn bộ là 30%, do đó công suất trung bình của tuabin gió là π ( 304.5 W/m Pavg = 0.3 �� 2 ) 4 ( 48 ) = 165303 W 2 • Do đó, năng lượng cung cấp trong 1 năm là Energy ‫״‬165.303 kW 8760 hrs/yr = 1.44 10=6 kWh/yr Bài giảng 9 6
Trang trại gió • Thông thường, sẽ có ý nghĩa hơn nếu lắp đặt một số lượng lớn tuabin gió tại một trang trại hay công viên gió. • Lợi ích – Có thể tận dụng vị trí có gió tốt – Giảm chi phí phát triển – Đơn giản hóa liên kết với hệ thống truyền tải – Truy cập tập trung để vận hành và bảo dưỡng • Nên lắp bao nhiêu tuabin ở một vị trí? Bài giảng 9 7
Trang trại gió • Ta biết rằng gió giảm tốc độ khi xuyên qua cánh. Công suất lấy ra từ cánh: 1 Pb = m& ( v 2 − vd 2 ) (6.18) 2 • Trích công suất bằng cánh sẽ làm giảm công suất đến được máy nằm phía sau • Khoảng cách giữa các tuabin bao nhiêu là đủ để tốc độ gió được phục hồi trước khi gặp tuabin tiếp theo? Bài giảng 9 8
Trang trại gió Bài giảng 9 9
Trang trại gió • Kết quả nghiên cứu ở slide trước đó xem xét các cụm vuông, nhưng các cụm vuông không có ý nghĩa lắm • Các cụm hình chữ nhật với vài hàng dài sẽ tốt hơn • Khoảng cách được khuyến cáo là 3-5 lần đường kính rôto giữa các tháp trên cùng một hàng, và 5-9 lần đường kính rôto giữa các hàng • Các hàng thường được đặt lệch nhau • Phổ biến là theo hướng gió thịnh Bài giảng 9 10
Trạng trại gió – Khoảng cách tối ưu Số liệu ước tính cho GE 1.5 MW ở vùng trung tây là 1 tháp mỗi 80 acre 3D to 5D Figure 6.29 Khoảng cách tối ưu là 3-5 7D 5D to 9D lần đường kính rô to giữa các tháp và 5-9 lần giữa 4D các hàng Bài giảng 9 11
Ví dụ 6.12 – Tiềm năng của một trang trại gió • Một trang trại gió có khoảng cách 4 lần đường kính rôto dọc theo hàng, và 7 lần đường kính rôto giữa các hàng • Hiệu suất tuabin gió là 30%, hiệu suất cụm là 80% 4D 7D 7D 4D Bài giảng 9 12
Ví dụ 6.12 – Tiềm năng của một trang trại gió a. Tính sản lượng năng lượng hàng năm trên mỗi đơn vị diện tích đất nếu mật độ công suất ở chiều cao trục máy là 400-W/m2 (giả sử 50 m, gió cấp 4) b. Chi phí thuê đất là bao nhiêu $/kWh nếu đất được thuê từ một nông dân với mức $100/acre-năm? Bài giảng 9 13
Ví dụ 6.12 – Tiềm năng của một trang trại gió a. Với 1 tuabin gió: Diện tích đất bị chiếm = 4D 7D = 28D2 1 Annual Energy Production = ρ Av 3 � η ∆t � 2 1 3 π 2 where ρ v = 400 W/m and A = D 2 2 4 Sản lượng năng lượng hàng năm/diện tích đất 400 W π 2 8760 hr 1 kWh = 2 ( D m ) �� 0.3 0.8 2 = 23.588 2 m 4 yr 28 D (m yr) Bài giảng 9 14
Ví dụ 6.12 – Tiềm năng của một trang trại gió $100 b. 1 acre = 4047m 2 Land Cost = acre yr Trong phần (a), ta tìm được Annual Energy kWh = 23.588 2 Land Area (m yr) Hay tương đương kWh 4047 m 2 kWh 23.588 2 � = 95, 461 (m � yr) acre (acre � yr) Do đó, chi phí thuê trên mỗi kWh là $100 / acre yr lease cost = = $0.00105/kWh 95, 461 kWh / acre yr Bài giảng 9 15
Sự thay đổi của gió theo thời gian • Chúng ta cần xem xét không chỉ mức độ thường xuyên của gió mà còn tương quan giữa thời gian có gió và phụ tải điện. • Biểu đồ gió thay đổi khá nhiều theo vị trí địa lý, trong đó vùng ven biển và núi có gió ổn định hơn. Bài giảng 9 16
Cánh rôto trích năng lượng gió như thế nào Nguyên lý Bernoulli – áp suất khí phía trên thấp hơn áp suất khí phía dưới vì nó phải di chuyển xa hơn, tạo ra lực nâng. Bài giảng 9 17
Cánh rôto trích năng lượng gió như thế nào • Không khí di chuyển về phía cánh tuabin do chuyển động của gió, nhưng cũng gió chuyển động của cánh tuabin • Mũi cánh tuabin di chuyển nhanh hơn nhiều so với gốc cánh, do đó cánh tuabin được xoắn dần từ gốc đến mũi cánh tuabin, để giữ cho góc xung kích ổn định Bài giảng 9 18
Cánh rôto trích năng lượng gió như thế nào • Tăng góc xung kích (angle of attack) sẽ làm tăng lực nâng, nhưng cũng làm tăng lực ghì lại • Nếu góc xung kích quá lớn, tuabin sẽ bị “đứng” khi nhiễu khí động làm mất lực nâng Bài giảng 9 19
Đường cong công suất lý tưởng hóa Vận tốc gió vào, vận tốc gió định mức, vận tốc gió cắt thoát Bài giảng 9 20