Chương 2 Năng lượng gió

1

ươ ượ ằ ấ ạ Ch ng này đ c biên so n nh m cung c p cho sinh viên:

ề

ổ

ượ

ng gió.

o T ng quan v  năng l

ề

ể

ượ

ạ

ệ

ng gió t

i Vi

t Nam.

o Ti m năng phát tri n năng l

ể

o Các ki u turbine gió.

ấ ạ

ạ ộ

ủ

o C u t o và nguyên lý ho t đ ng c a turbine gió.

ệ ữ

ệ

ố

ố

o M i quan h  gi a các thông s  trong máy phát đi n gió.

ế ế

ệ

ấ

ỏ t k  máy phát đi n gió công su t nh .

ư ồ o L u đ  thi

ươ ỏ Câu h i ch ng 2:

ử ử ụ ị ị ượ ườ Câu 1: Anh/ch  hãy trình bày l ch s  s  d ng năng l ủ ng gió c a loài ng i?

ị ế ự ứ ụ ề ạ ượ ạ Câu 2: Anh/ch  hãy cho bi t th c tr ng, ti m năng  ng d ng năng l ng gió t i Vi ệ   t

Nam.

ụ ứ ể ệ ị Câu 3: Anh/ch  hãy trình bày các ki u turbine gió? So sánh máy phát đi n gió tr c đ ng và

ụ tr c ngang?

ấ ạ ạ ộ ủ Câu 4: C u t o và nguyên lý ho t đ ng c a turbine gió?

ế ố ả ưở ế ệ ệ ấ Câu 5: Các y u t nh h ng đ n hi u su t máy phát đi n gió?

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

2

ươ

ượ

Ch

ng 2:

Năng l

ng gió

ử ứ ụ ị ượ 2.1 L ch s   ng d ng năng l ng gió

ườ ế ể ậ ứ ỗ Hàng nghìn năm nay con ng i đã bi t khai thác s c gió đ  v n hành các c  máy ph c v ụ ụ

ộ ố ủ ừ ệ ự ứ ể ế ồ ơ cho cu c s ng c a mình, t ậ    vi c d a vào s c gió đ  dong bu m ra kh i cho đ n v n

ơ ướ ữ ề ả ố hành các máy b m n ố c hay xay ngũ c c. Hình  nh c i xay gió trên nh ng mi n quê

ươ ế ỷ ề ở ph ể ng Tây đã tr  nên tiêu bi u qua nhi u th  k  [12].

ủ ầ Hình 2.1. Turbine gió đ u tiên c a Charles F.Brush, Cleveland, Ohio 1888 [25]

ế ỷ ứ ế ế ệ ầ ố ờ ớ ọ Đ n cu i th  k  19 chi c máy phát đi n dùng s c gió đ u tiên ra đ i, v i tên g i là

ể ệ ớ ố ế ượ ơ turbine­gió đ  phân bi t v i c i­xay­gió (bi n năng l ng gió thành c  năng). Charles F

ế ệ ế ả ầ ạ Brush   đã   t o   ra   chi c   turbine   gió   có   kh   năng   phát   đi n   đ u   tiên   trên   th   gi ớ ạ   i   t i

ư ộ ố ố ổ ồ ườ Cleveland, Ohio vào năm 1888 [20]. Gi ng nh  m t c i xay gió kh ng l có đ ng kính

ỗ ỏ ằ ớ ượ ườ 17m v i 144 cánh b ng g  m ng, Hình 1.1. Năm 1891 nhà khí t ọ ng h c ng ạ   i Đan M ch

ệ ở ử ộ ạ ự Poul The Mule Cour xây d ng m t turbine th  nghi m Askov – Đan M ch, Hình 1.2.

ụ ộ ố ơ ể Turbine gió này có m t rô to b n cánh ki u cánh máy bay và có tr c quay nhanh h n.

ỹ ư ườ ẩ ủ ả ế ầ Năm 1922, k  s  ng ệ   i Ph n Lan S.J.Savonius đã c i ti n nguyên lý đ y c a khái ni m

ụ ứ ế ồ ố ỹ

ằ ằ tr c đ ng b ng cách thay th  cánh bu m b ng hai c c hình tròn, Hình 1.3. Năm 1931, k ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

ườ ự ụ ứ

3 ư s  ng

i Pháp George Darrieus phát minh ra turbine gió tr c đ ng Darrieus. D a vào

ề ặ ạ ơ ộ   ề nguyên lý kéo, turbine này có hai (ho c nhi u h n) cánh m m d ng cánh máy bay. M t

ắ ở ỉ ụ ứ ộ ầ ắ ố ố ầ đ u cánh g n ủ  đ nh và m t đ u g n xu ng đáy c a tr c đ ng chính turbine, gi ng nh ư

ứ ổ ộ ồ ẫ ả ế ớ m t cái máy đánh tr ng kh ng l ữ . Sau đó nh ng m u thi ế ế ượ t k  đ c c i ti n v i cánh

ể ệ ạ ấ ơ qu t có rãnh đ  hi u su t turbine cao h n.

ỹ ư ả ệ   ể Năm 1950 k  s  Johannes Juhl, đã phát tri n turbine gió 3 cánh có kh  năng phát đi n

ủ ủ ề ề ệ ạ ạ ộ ả   xoay chi u, đây chính là ti n thân c a turbine gió Đan M ch hi n đ i. Cu c kh ng ho ng

ả ườ ở ạ ế ươ ầ d u ho  vào năm 1973, đã làm cho con ng i quan tâm tr  l i đ n tính th ạ ủ   ng m i c a

ượ ơ ạ ự ề ề ể ệ ạ năng l ng gió và làm ti n đ  cho s  phát tri n công ngh  cao h n t i Đan M ch và

Califonia.

ủ ạ Hình 2.2. Turbine gió c a Poul la Cour, Askov, Đan M ch năm 1897 [25]

ể ụ ứ Hình 2.3. Turbine gió tr c đ ng ki u Savonius [26]

ớ ủ ữ ế ệ Tuy nhiên mãi đ n nh ng năm 1980, công ngh  turbine gió m i đ  thu n l ậ ợ ể ồ ạ   i, i đ  t n t

ỡ ớ ứ ế ầ ệ , đ  các turbine gió c  l n phát đi n. H u h t các nghiên c u và phát

ế ể ề ặ xét v  m t kinh t ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

ụ ứ ề ế ể ặ ẫ ơ

4 tri n đ u ti n hành trên turbine tr c ngang, m c dù v n có các nghiên c u sâu h n trên

ẫ ế ế ụ ứ ở ữ ỹ m u thi t k  tr c đ ng Darrieus Canada và M  vào nh ng năm 1970 và 1980, mà đ nhỉ

ớ ườ ủ ế ấ ớ cao c a nó là chi c máy v i đ ọ   ng kính rô to là 100m có công su t 4.2MW v i tên g i

ạ ỉ ậ ượ “Eole C” t i Cap Chat – Quebec, Hình 1.4. Tuy nhiên nó ch  v n hành đ c có 6 tháng thì

ị ự ứ ủ ạ ạ ư ỏ h  h ng cánh qu t, do s c ch u đ ng c a cánh qu t quá kém.

ụ ứ ể Hình 2.4. Turbine gió tr c đ ng Darrieus ki u “Eole C”, Cap Chat, Quebec [4]

ự ẫ ầ ượ ấ ố Châu Âu d n đ u trong lĩnh v c năng l ng gió, vào năm 1982 công su t t ủ i đa c a các

ỉ ươ ạ ạ ấ ế turbine gió ch  có 50 kW. Đ n năm 1995 các turbine gió th ng m i đã đ t công su t lên

ứ ự ầ ả ờ ấ g p 10 l n, t c kho ng 500 KW. Trong th i gian  đó, chi phí xây d ng các turbine gió

ộ ố ượ ộ ử ả ả ả ấ ộ ộ ớ ệ gi m đ t ng t, chi phí s n xu t đi n năng gi m đi m t n a. M t s  l ng l n turbine gió

ạ ự ả ượ ở ỏ ủ ỉ ừ ỡ ớ t c  l n tr  thành lo i c c nh , vì s n l ng c a chúng ch  vài kWh/tháng. Các turbine

ượ ự ớ ướ ế ườ gió ngày nay đ c xây d ng v i kích th c lên đ n 3 MW và đ ệ   ng kính là 100m. Hi n

ề ấ ướ ớ ả nay có nhi u nhà máy s n xu t turbine gió kích th c l n.

ượ ế ớ ể ự ỡ ờ ỳ ệ ấ ặ ệ Năng l ng gió trên th  gi i hi n đang trong th i k  phát tri n r c r  nh t, đ c bi t là

ể ả ướ ệ ộ ồ ế ượ các N c C ng đ ng châu Âu, công ngh  turbine gió có th  gi i quy t đ ề   ấ c các v n đ :

ệ ệ ứ ủ ề ạ ả ồ ạ c n ki t ngu n tài nguyên hóa th ch, hi u  ng nhà kính, tuân th  các đi u kho n trong

ề ệ ượ ư ị ị ấ ấ ầ Ngh  đ nh Th  Kyoto v  hi n t ng trái đ t  m d n lên.

ấ ắ ặ ượ ế ớ ấ Công su t l p đ t năng l ng gió trên th  gi ầ   i tăng theo hàm mũ, và tăng g p hai l n

ấ ủ ữ ề ậ ỷ ế ố công su t c a nh ng năm cu i th p k , Hình 1.5. Đi u mà t ừ ướ  tr ộ   c đ n nay không m t

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

ượ ượ ả ố ệ ề ặ ớ

5 ệ công ngh  năng l

ng nào làm đ c. M c dù ph i đ i di n v i nhi u khó khăn trong

ề ả ị ườ ư ấ ượ ủ ộ khâu truy n t i, cung c p, nh ng th  tr ng năng l ng gió c a năm 2006 tăng m t cách

ặ ớ ả ượ chóng m t t i 32% s n l ng năm 2005 [25].

ồ ưở ặ ượ ể  Hình 1.5. Bi u đ  tăng tr ấ ắ ng công su t l p đ t năng l ng gió theo năm

ả ượ ổ ứ ệ ầ ạ Năm 2006 t ng s n l ng đi n gió toàn c u đ t 74.223 MW, t c tăng thêm 15.197 MW so

ữ ướ ả ượ ấ ượ ớ v i năm 2005 là 59.091MW [5]. Nh ng n c có s n l ng cao  n t ấ ng nh t là:

ứ

• Đ c : 20.621 MW

• Tây Ban Nha : 11.615 MW

ỳ

• Hoa K  : 11.603 MW

Ấ ộ n Đ  : 6.270 MW

•

ạ

• Đan M ch : 3.136 MW

ư ệ ể ớ ạ ướ ấ V i tình hình phát tri n nhanh chóng nh  hi n nay t i các n ả   c châu Âu, cho th y s n

ủ ướ ế ụ ự ẽ ể ỹ ượ l ng c a các n c này s  còn ti p t c tăng. M  và Canada cũng tích c c phát tri n m ở

ấ ượ ộ r ng tăng công su t năng l ng gió.

ướ ắ ầ ư ễ ỹ ượ Các n c Trung Đông, Vi n Đông và Nam M  cũng b t đ u đ a năng l ề   ng gió vào n n

ượ ủ ướ ệ ạ ướ ữ ự ệ công nghi p năng l ng c a n c mình. Hi n t i các n ể   c này có nh ng d  án phát tri n

ạ ượ ả ượ ế đ n năm 2010 đ t đ c s n l ng là 150 GW.

ứ ộ ỗ ợ ủ ố ộ ở ộ ụ ủ ề ộ ướ T c đ  m  r ng ph  thu c vào m c đ  h  tr  c a chính ph , chính quy n các n c cũng

ư ộ ố ế ệ ướ ồ nh  c ng đ ng qu c t . Đây cũng là trách nhi m chính cho các n ệ c trong vi c tuân th ủ

ả ượ ề ắ ư ả ả ị ắ c t gi m l ả   ị ng khí th i Carbon Dioxide theo Ngh  Đ nh Th  Kyoto v  c t gi m khí th i

ệ ứ gây hi u  ng nhà kính.

ệ ớ ụ ể ộ ớ ươ M t làn sóng công ngh  m i đã và đang phát tri n nhanh chóng v i m c tiêu t ng lai là

ệ ấ ả ả c i thi n công su t và gi m giá thành.

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

ố ệ ừ ệ ệ ả ượ

6 ấ T  các s  li u kh o sát [10], cho th y hi n nay ngành công nghi p năng l

ng gió phân

ị ườ ạ ồ tán này có 7 phân đo n th  tr ng, bao g m:

ạ ỡ ỏ ướ ệ ố i đi n qu c gia.

­ Lo i c  nh  cho vùng h o lánh hay vùng không có l ẻ

ạ ướ ệ ố i đi n qu c gia.

­ Lo i dùng cho nhà riêng có l

ệ ỡ ứ ụ ạ

­ Trang tr i, công ty và các  ng d ng gió công nghi p c  nh . ỏ

ạ ỡ ụ ỏ

­ Lo i c  nh  dùng cho cho c m dân c . ư

ệ ố

­ Các h  th ng gió ­ diesel.

ướ ướ c t i tiêu.

­ B m n ơ

ử ố ướ c.

­ Kh  mu i trong n

ả ấ ắ ế ớ ế ặ ổ T ng công su t l p đ t (MW) trên th  gi i đ n năm 2020 B ng 1.1.

ộ ụ ư Năm Off­grid H  gia đình ạ Nông tr i/công C m dân c Gió/diesel

ệ

Cỡ nghi p/công ty Large : 325 kW

Turbine 2005 2010 2015 2020 5kW 3.261 3.118 6.275 10.693 12.5kW 14 36 99 286 Net Bill : 30Kw 0 154 410 666 750kW 8.250 17.250 40.125 95.625 200kW 10 310 1.810 3.810

ơ ả ủ ượ 2.2 Nguyên lý c  b n c a năng l ng gió

ế ề ầ ặ ồ B c xứ ạ M t Tr i ố ờ  chi u xu ng b  m t ể   ề ặ  Trái Đ tấ  không đ ng đ u làm cho b u khí quy n,

ộ ử ề ặ ủ ề ấ ặ ướ n c và không khí nóng không đ u nhau. M t n a b  m t c a Trái Đ t, m t ban đêm, b ị

ậ ượ ứ ạ ủ ứ ạ ặ ờ ở ặ ấ ờ che khu t không nh n đ c b c x  c a M t Tr i và thêm vào đó là b c x  M t Tr i các

ề ơ ở ự ề ệ ộ vùng g nầ  xích đ oạ  nhi u h n là ự  các c c, do đó có s  khác nhau v  nhi ế   t đ  và vì th  là

ữ ữ ự ư ề ạ ấ ặ   khác nhau v  áp su t mà không khí gi a xích đ o và 2 c c cũng nh  không khí gi a m t

ủ ấ ạ ấ ặ ộ ban ngày và m t ban đêm c a Trái Đ t di đ ng t o thành gió. Trái Đ t xoay tròn cũng góp

ầ ủ ấ ớ

ặ   ụ ệ ph n vào vi c làm xoáy không khí và vì tr c quay c a Trái Đ t nghiêng đi (so v i m t ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

ấ ạ ỹ ạ ặ ạ ẳ ờ

7 ph ng do qu  đ o Trái Đ t t o thành khi quay quanh M t Tr i) nên cũng t o thành các

dòng không khí theo mùa.

ưở ệ ứ ượ ạ ừ ự ụ ủ ị ả Do b   nh h ng b i ở  hi u  ng Coriolis đ c t o thành t s  quay quanh tr c c a Trái

ấ ừ ế ể ấ ắ ộ Đ t nên không khí đi t ạ    vùng áp cao đ n vùng áp th p không chuy n đ ng th ng mà t o

ữ ề ắ ầ ầ ơ ế   thành các c n gió xoáy có chi u xoáy khác nhau gi a B c bán c u và Nam bán c u. N u

ừ ể ầ ấ ắ ộ ượ ụ nhìn t vũ tr  thì trên B c bán c u không khí di chuy n vào m t vùng áp th p ng ớ   c v i

ề ề ồ ỏ ộ ồ ồ ồ chi u kim đ ng h  và ra kh i m t vùng áp cao theo chi u kim đ ng h . Trên Nam bán

ề ướ ầ c u thì chi u h ng ng ượ ạ c l i.

ế ố ị ả ầ ưở ở ị ạ ừ Ngoài các y u t có tính toàn c u trên gió cũng b   nh h ng b i đ a hình t ị   i t ng đ a

ươ ướ ệ ấ ph ng. Do n ấ c và đ t có nhi t dung ơ    khác nhau nên ban ngày đ t nóng lên nhanh h n

ạ ệ ề ổ ừ ể ấ ề ế ấ ồ ướ n c, t o nên khác bi t v  áp su t và vì th  có gió th i t bi n hay h  vào đ t li n. Vào

ấ ề ơ ướ ộ ệ ứ ề ban đêm đ t li n ngu i đi nhanh h n n ả c và hi u  ng này x y ra theo chi u ng ượ ạ c l i.

ượ ộ ủ ộ Năng l ng gió là đ ng năng ớ ậ ố   ể  c a không khí chuy n đ ng v i v n t c . Kh i l ố ượ  đi ng

ề ặ ẳ ộ ớ ờ qua m t m t ph ng hình tròn vuông góc v i chi u gió trong th i gian là:

(2.1)

ỷ ọ ố ươ ủ ể ặ ắ ρớ v i là t tr ng c a không khí, V là th  tích kh i l ng không khí đi qua m t c t ngang

ệ ờ hình tròn di n tích A, bán kinh r trong th i gian t.

ế ộ ủ ấ Vì th  đ ng năng E (kin) và công su t P c a gió là:

(2.2)

(2.3)

ậ ố ừ ủ ề ấ ế ậ ố   Đi u đáng chú ý là công su t gió tăng theo lũy th a 3 c a v n t c gió và vì th  v n t c

ế ố ữ ộ ố ử ụ ế ị ượ gió là m t trong nh ng y u t quy t đ nh khi mu n s  d ng năng l ng gió.

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

ấ ể ượ ử ụ ụ ư ố ể

8 Công su t gió có th  đ

c s  d ng, thí d  nh  thông qua m t ộ  tu c bin gió ệ    đ  phát đi n,

ỏ ơ ấ ớ ượ ậ ố ủ ủ ồ ở ề nh  h n r t nhi u so v i năng l ng c a lu ng gió vì v n t c c a gió ộ    phía sau m t

ể ấ ố ể ả ế ằ ố ố ỉ tu c bin không th  gi m xu ng b ng không. Trên lý thuy t ch  có th  l y t i đa là 59,3%

ượ ồ ạ ấ ấ ồ ị năng l ng t n t i trong lu ng gió. Tr  giá c a t ủ ỷ ệ ữ  l gi a công su t l y ra đ ượ ừ c t gió và

ấ ồ ạ ượ ọ công su t t n t i trong gió đ ệ ố c g i là h  s  Betz, do Albert Betz tìm ra vào năm 1926.

ể ả ễ ể ư ộ ượ ượ ấ ồ Có th  gi i thích m t cách d  hi u nh  sau: Khi năng l ng đ ỏ c l y ra kh i lu ng gió,

ạ ố ượ ư ả ộ ố ẽ ậ gió s  ch m l i. Nh ng vì kh i l ng dòng ch y không khí đi vào và ra m t tu c bin gió

ớ ậ ố ở ộ ậ ả ả ổ ồ ơ ế ệ ph i không đ i nên lu ng gió đi ra v i v n t c ch m h n ph i m  r ng ti ặ ắ   t di n m t c t

ế ổ ượ ượ ngang. Chính vì lý do này mà bi n đ i hoàn toàn năng l ng gió thành năng l ng quay

ể ượ ề ộ ố ườ ợ ồ ớ thông qua m t tu c bin gió là đi u không th  đ c. Tr ệ   ng h p này đ ng nghĩa v i vi c

ượ ả ứ ộ ố là l ng không khí phía sau m t tu c bin gió ph i đ ng yên.

ượ ạ ệ 2.3 Năng l ng gió t i Vi t Nam

ề ề ượ ệ ế ạ ầ ỉ Ti m năng v  năng l ng gió Vi ự   t Nam ch  vào lo i trung bình. H u h t, các khu v c

ấ ề ượ ấ ả ộ ơ ỉ trên đ t li n có năng l ệ ng gió th p khai thác không hi u qu . Ch  có m t vài n i, do có

ặ ệ ươ ấ ạ ố ỉ ọ ớ ị đ a hình đ c bi t nên gió t ng đ i khá tuy nhiên công su t l i không l n. Ch  d c theo

ả ả ượ ố ơ ơ ồ ượ ố ờ ể b  bi n và trên các h i đ o năng l ng gió t t h n. N i có ngu n năng l ng t ấ t nh t là

ạ ượ ừ ạ ố ộ ế ế ả đ o B ch Long Vĩ, t c đ  trung bình năm đ t đ c t 7.1­7.3m/s. Ti p đ n là các khu

ườ ả ả ố ả ự v c đ o Tr ộ ng Sa, Phú Quí, Côn Đ o... có t c đ  gió trong kho ng 4.0­ 6.6m/s. Tuy

ề ằ ượ ệ ư ượ nhiên cũng nên nói thêm r ng ti m năng năng l ng gió Vi t Nam ch a đ ề c đi u tra

ầ ớ ố ệ ầ ủ ề ượ ủ ế ậ ỉ đánh giá đ y đ  vì ph n l n s  li u v  năng l ạ   ng gió ch  y u ch  thu th p qua các tr m

ượ ứ ủ ỉ ở ộ ừ ặ ấ ế Khí t ng Th y văn, t c ch  đo đ  cao t 10m đ n 12m trên m t đ t. Chúng ta đang

ế ố ệ ề ượ ở ệ ả ộ thi u s  li u v  năng l ng gió ộ    các đ  cao trên 40m. Hi n nay đang có kho ng 10 c t

ở ộ ừ ế đo gió đ  cao t 30m đ n 60m [9].

2 đ t có th  đ a ể ư

ấ ủ ả ầ ệ ấ Theo kh o sát g n đây nh t c a IOE [7], Vi ả t Nam có kho ng 31000km

2 t

ượ ươ ươ ệ ớ ớ vào khai thác năng l ng gió, trong đó có 865km ng đ ng v i 3572MW v i đi n có

ứ ớ ơ ứ   c t o ra v i giá thành ít h n 6UScents/kWh. Nghiên c u cũng đã minh ch ng

ể ượ ạ th  đ ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

ượ ẽ ả ố ộ ư ả

9 ượ ằ đ

c r ng năng l ng gió s  là gi i pháp t t cho kho ng 300000 h  c  dân nông thôn

ệ ượ ữ ể ế ợ ườ không có đi n. Trong khi năng l ng gió có th  mang đ n nh ng l ề i ích v  môi tr ng,

ế ệ ộ ượ ệ ừ ư ầ kinh t ư , xã h i… Nh ng hi n nay l ng đi n năng khai thác t gió g n nh  là con s ố

ướ ư ế ượ không. Nhà n ỗ ợ c cũng ch a có chính sách h  tr , khuy n khích nào cho năng l ng gió.

ụ ư ụ ệ ệ ể ầ ặ ậ ượ Vì v y, nhi m v   u tiên hàng đ u hi n nay là đ t m c tiêu cho phát tri n năng l ng tái

ệ ớ ứ ể ợ ớ ệ sinh và đ  tìm tòi nghiên c u công ngh  m i phù h p v i Vi t Nam.

ố ệ ủ ế ớ ả ệ Theo s  li u c a Ngân Hàng Th  Gi i [14] kh o sát năm 2000 thì Vi ệ ị   ề t Nam do đi u ki n đ a

ờ ế ố ộ ự ữ ề lý và th i ti t gi a các vùng là khác nhau nên t c đ  gió trung bình và chi u gió có s  khác

nhau:

ắ ệ ậ ố ệ ơ t Nam (Lai Châu, Đi n Biên S n La) có v n t c gió trung bình hàng

­ Vùng Tây B c Vi

ả ừ năm kho ng t 0.5 – 1.9m/s.

ậ ố ự ề ằ ạ ắ ơ

­ Khu v c mi n núi phía B c (Cao B ng, L ng S n, Sa Pa) có v n t c gió trung bình

ư ả ơ ỉ ừ ậ ố ự ạ ả cao h n, nh ng cũng ch  kho ng t 1.5 – 3.1m/s, v n t c c c đ i trung bình kho ng trên

40m/s.

ậ ố ả ả ằ ắ ộ ồ

­ Đ ng B ng B c B  (Tam  Đ o, Hà N i) có v n t c gió trung bình kho ng 2.0 – ộ

ự ạ ậ ố 3.5m/s. V n t c trung bình c c đ i trên 35m/s.

ờ ể ừ ớ ồ ớ Móng Cái t ậ   i Hòn Gai, Phú Liên, Thanh Hóa, Vinh, Đ ng H i có v n

­ Vùng b  bi n t

ự ạ ả ố t c gió trung bình tăng, kho ng 2.0 – 4.0m/s. C c đ i trên 50m/s.

ờ ể ừ ế ớ ế ẵ ơ Hu  t ả i Tuy Hòa (Hu , Đà N ng, Qu ng Ngãi, Quy Nh n, Tuy Hòa)

­ Vùng b  bi n t

ự ạ ậ ố ả ổ ị có v n t c gió trung bình khá  n đ nh kho ng 3.0 ­ 5.0m/s. C c đ i trên 35m/s.

ờ ể ừ ớ ạ ế Nha Trang t i R ch Giá (Nha Trang, Phan Thi t, Vũng Tàu, Phú

­ Vùng b  bi n t

ự ạ ậ ố ạ ố Qu c, R ch Giá) có v n t c trung bình 2.4–6.1m/s, c c đ i trên 30m/s.

ố ồ ử ầ ằ ồ ơ

­ Vùng Đ ng B ng Sông C u Long (Thành ph  H  Chí Minh, C n Th , Cà Mau) có

ự ạ ả ậ ố v n t c gió trung bình kho ng 2.2–4.0m/s, c c đ i 26m/s.

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

10

ậ ố ự ả ạ

­ Tây Nguyên (Đà L t, Pleiku) có v n t c gió trung bình kho ng 2.4–4.5m/s, c c đ i ạ

24m/s.

ữ ượ ể ạ ệ ự Nh ng d  án năng l ng gió đã và đang tri n khai t i Vi t Nam ệ ứ   : nhà máy phát đi n s c

ở ệ ả ể ế ặ ạ ệ ả ỹ ầ gió đ u tiên Vi t Nam ph i k  đ n là nhà máy đ t t ạ i huy n đ o B ch Long V , TP

ớ ố ầ ư ả ấ ư ậ ỉ ồ ệ H i Phòng. Công su t 800KW v i v n đ u t ớ    0.87 tri u USD (14 t  đ ng). Nh  v y, v i

ệ ố ờ giá bán đi n 0.05USD/KWh (750VNĐ/KWh) thì th i gian hoàn v n là 7 ­ 8 năm. Th c t ự ế

ề ấ ặ ơ ớ ố ộ ượ ấ cho th y, m c dù trong năm 2005, đã có 3 c n bão l n, t c đ  gió đ u v t qua c p 12

ư ứ ệ ệ ẫ ậ nh ng turbine gió ­ phát đi n v n v n hành an toàn. Nhà máy đi n gió th  2 c a c  n ủ ả ướ   c

ế ợ ứ ệ ằ ậ ả ả ơ ặ ở đ t ệ    huy n đ o Lý S n (Qu ng Ngãi) v n hành b ng s c gió, có k t h p máy phát đi n

ớ ổ ầ ư ầ ố ổ ỷ ồ ự ượ ấ diesel v i t ng công su t 7MW, t ng v n đ u t g n 200 t đ ng. D  án đ c chia làm 3

ạ ạ ượ ự ệ ấ giai đo n: giai đo n 1 đ c th c hi n trong hai năm 2007 và 2008 có công su t 2.5 MW,

ầ ư ỷ ồ ớ ầ ạ ẩ ấ ộ ố v n đ u t 80 t đ ng cung c p cho 4000 h  dân v i g n 20000 nhân kh u. Giai đo n 2

ự ệ ạ ấ ượ nâng công su t lên 5MW th c hi n trong các năm 2008 ­ 2009 và giai đo n 3 đ ự   c th c

ẽ ệ ấ hi n trong các năm 2009 ­ 2012 s  công su t lên trên 10MW.

ề ự ụ ệ ớ ướ ệ ẫ ố ượ ấ ớ Nhi u d  án đi n gió r t l n v i m c tiêu hòa vào l i đi n qu c gia v n đang đ c xúc

ự ự ệ ế ạ ế ộ ỉ ơ ị ti n. D  án xây d ng Nhà máy phong đi n 3, t i khu kinh t Nh n H i, t nh Bình Đ nh

ầ ư ơ ệ ố ế ế ượ ầ ư ớ ổ v i t ng v n đ u t h n 35.7 tri u USD. Theo thi t k , nhà máy đ c đ u t ự    xây d ng

ế ộ ồ ộ ế ị ụ ị toàn b  14 turbine, 14 máy bi n áp đ ng b  cùng các trang thi t b  và d ch v  kèm theo.

ả ượ ệ ằ ướ ệ ả ố S n l ủ ng đi n h ng năm c a nhà máy hoà vào l ệ   ạ i đi n qu c gia đ t kho ng 55 tri u

ạ ộ ệ ạ ố ệ kWh sau khi nhà máy đi vào ho t đ ng cu i năm 2008. Hi n t i, nhà máy đi n gió đang

ự ạ ấ ậ ớ ớ ượ đ c xây d ng t i Bình Thu n v i công su t khá l n.

ộ ự ầ ư ấ ớ ự ở ệ ệ ự M t d  án đ u t ể ở  r t l n đang có th  tr  thành hi n th c Vi t Nam đó là xây d ng nhà

ớ ố ầ ư ệ ệ ấ ệ ầ máy đi n gió có công su t phát đi n 120 MW v i v n đ u t 120 tri u USD (g n 2000 t ỉ

ầ ư ậ ể ề ộ ố ồ đ ng) do t p đoàn EurOriont đ u t chính. Đ  có m t hình dung v  con s  này, hãy so

ủ ợ ủ ệ ớ ở ị ố ầ ư ả ỉ ồ sánh v i th y đi n ­ th y l i Rào Quán Qu ng Tr , v n đ u t 2000 t  đ ng và công

ệ su tấ  phát đi n là 64 MW.

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

ấ ầ ư ự ệ

11 ậ V y, nhìn chung các d  án đi n gió có su t đ u t

ồ ố   ả  1000USD/kW, kh  năng thu h i v n

ự ế ệ trong vòng 10 năm, giá thành đi n không cao 5UScents/kWh. Theo d  báo đ n năm 2010,

ấ ầ ư ứ ệ ả ằ ồ ỉ su t đ u t ngu n đi n b ng s c gió ch  còn kho ng 700­ 800USD/kW, giá thành 3.5–

ặ ớ ỏ ệ ữ ả ả 4.0UScents/kWh. V i quy mô nh  thì đ c bi t h u ích cho vùng sâu, vùng xa và h i đ o...

ớ ớ ườ ượ ể ở ằ ở ữ V i quy mô l n thì th ng đ c phát tri n ố  nh ng vùng tr ng, khô c n vùng Nam

ộ ư ậ ả ị Trung b  nh  Qu ng Ngãi, Bình Đ nh, Khánh Hòa, Bình Thu n...

ể 2.4 Các ki u turbine gió

ụ ụ ứ 2.4.1 Turbine gió tr c đ ng và tr c ngang

ể ề ế ế ượ Có nhi u ki u thi t k  khác nhau cho turbine gió, và đ ạ ơ ả   c phân ra làm hai lo i c  b n

ứ ụ ụ chính [13]: Turbine gió tr c ngang (HAWT) và turbine gió tr c đ ng (VAWT). Các cánh

ạ ườ ề ồ ượ ạ qu t gió th ng có các d ng hình dáng: cánh bu m, mái chèo, hình chén đ u đ c dùng

ượ ể ạ ụ ư ể ắ đ  “b t” năng l ng gió đ  t o ra mô men quay tr c turbine, nh  Hình 1.8.

ớ ụ ụ ằ ể Turbine gió tr c ngang (HAWT) có rô to ki u chong chóng v i tr c chính n m ngang. S ố

ự ế ể ạ ổ ệ ấ ạ ượ l ng cánh qu t có th  thay đ i, tuy nhiên th c t ấ    cho th y lo i 3 cánh là có hi u su t

ấ ạ ớ ướ ằ ẳ ấ ầ cao nh t. HAWT có các thành ph n c u t o n m th ng hàng v i h ạ   ng gió, cánh qu t

ượ ụ ề ạ ộ ộ quay đ ị ả   ụ c truy n đ ng thông qua b  nhông và tr c. Lo i turbine tr c ngang không b   nh

ở ự ư ầ ả ồ ộ ộ ưở h ộ ệ ố   ọ ng b i s  xáo tr n lu ng khí (khí đ ng h c), nh ng yêu c u ph i có m t h  th ng

ề ỉ ướ ể ả ạ ằ ơ ướ đi u ch nh h ả ng gió b ng c  khí đ  đ m b o các cánh qu t luôn luôn h ẳ ng th ng góc

ề ớ v i chi u gió.

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

12

ấ ạ ụ ụ ứ Hình 2.5. C u t o turbine tr c đ ng và tr c ngang [25], [26]

ề ế ủ   1.   Chi u   gió   đ n   c a 6. Máy phát 11. Tháp VAWT

HAWT ộ 7. Vỏ 12.   Đ   cao   kính   xích

ườ 2. Đ ng kính rô to đ o.ạ 8. Tháp HAWT

ủ ề ớ 3. Chi u cao c a Hub 13. Cánh rô to v i góc ề 9. Chi u gió phía sau rô

ướ ố ị b c c  đ nh. 4. Cánh rô to to

ề 14. N n rô to. ề 5. H p sộ ố 10. Chi u cao rô to

ứ ụ ứ ụ ạ ằ ọ Turbine gió tr c đ ng (VAWT) có cánh n m d c theo tr c chính đ ng. Lo i này không

ề ả ạ ỉ ướ ạ ộ ể ầ c n ph i đi u ch nh cánh qu t theo h ng gió và có th  ho t đ ng ở ấ ỳ ướ  b t k  h ng gió

ấ ễ ư ệ ậ ậ ả ả ộ nào. Vi c duy tu b o qu n và duy trì v n hành r t d  dàng vì các b  ph n chính nh  máy

ệ ố ề ề ộ ượ ặ ấ ặ ầ phát, h  th ng truy n đ ng đ u đ c đ t ngay trên m t đ t. Tuy nhiên nó c n có không

ỡ ệ ố ằ ơ ộ ố gian r ng h n cho các dây ch ng ch ng đ  h  th ng.

ụ ứ ụ ệ 2.4.2 So sánh máy phát đi n gió tr c đ ng và tr c ngang

ắ ầ ừ ề ể ề ấ ậ Đã có nhi u tranh lu n xoay quanh v n đ  này, có th  nói b t đ u t khi phát minh ra các

ể ổ ượ ư ề ể ộ b  chuy n đ i năng l ng gió. Các chuyên gia đã đ a ra nhi u quan đi m khác nhau.

ệ ấ ạ ộ ẩ   Dennis G.Shepherd đã so sánh hai lo i turbine này m t cách toàn di n nh t trong tác ph m

ượ ữ ư ư ượ ươ ố ủ ạ “Năng l ng gió”, ông đã đ a ra nh ng  u và nh ể c đi m t ng đ i c a hai lo i turbine

ư này nh  sau:

Ư ể ủ ớ u đi m c a VAWT so v i HAWT:

ộ ỗ ứ ụ ộ ố ướ

 M t turbine gió tr c đ ng truy n th ng là m t c  máy không h ề

ng. Nghĩa là

ạ ộ ụ ộ ướ ệ ố ư ậ VAWT ho t đ ng mà không ph  thu c vào h ng gió. Nh  v y h  th ng xoay h ướ   ng

ứ ạ ủ ẽ ầ gió ph c t p c a HAWT s  không c n thi ế ở t VAWT.

ượ ả ượ ư ề ấ ặ ớ

 VAWT đ

c đ t ngay trên n n đ t, khác v i HAWT ph i đ c đ a lên tháp cao.

ể ấ ặ ộ ố ặ ướ ấ ế ơ ề H p s , máy phát và dàn c  khí đi u khi n r t n ng, do đó n u đ t d ệ ắ   i đ t thì vi c l p

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

ẽ ấ ệ ễ ả ậ

13 ặ đ t, b o trì s  r t thu n ti n và d  dàng.

ủ ẽ ấ ộ ớ ổ ồ

 V i cùng m t công su t ngõ ra, t ng chi u cao c a HAWT (bao g m tháp) s  cao ề

ạ ụ ệ ế ứ ề ớ ộ ơ ấ h n r t nhi u so v i lo i tr c đ ng Darrieus gây tác đ ng rõ r t đ n xung quanh. V ề

ươ ụ ứ ệ ượ ư ệ ớ ườ ph ng di n này, các turbine gió tr c đ ng đ c coi nh  thân thi n v i môi tr ơ   ng h n

ớ ạ ụ so v i lo i tr c ngang.

ạ ủ ự ự ị ị

 Các cánh qu t c a VAWT không b  ph i ch u đ ng áp l c khi xoay. Cánh c a ủ   ả

ề ẻ ớ ơ VAWT r  và b n cao h n so v i HAWT.

ượ ế ế ả ượ ự ằ ở

 VAWT đ

c thi t k  sao cho t i ly tâm đ ạ   c cân b ng b i các l c trên cánh qu t,

ư ậ ượ ắ nh  v y tránh đ c mô men xo n.

ạ ế ủ H n ch  c a VAWT:

ể ự ượ ộ

 VAWT nói chung không th  t

ở ộ  kh i đ ng đ c. Rô to Savonious là m t ngo i l ạ ệ

ư ệ ấ ấ nh ng nó có hi u su t khá th p.

ượ ặ ấ ặ ệ ộ ấ ộ ố

 Vì VAWT đ

c đ t ngay trên m t đ t, nên nó l thu c vào gió có t c đ  th p và

ụ ệ ớ ộ ổ ọ ượ thay đ i liên t c. V i cùng m t di n tích quét và tr ng l ủ   ấ ng thì công su t ngõ ra c a

ấ ơ VAWT th p h n HAWT.

ệ ế ể ề ằ

 Các dây cáp ch ng VAWT chi m khá nhi u di n tích, nên có th  gây khó khăn cho

ệ ậ ụ ấ ầ ướ ấ ườ ọ ướ vi c t n d ng ph n đ t bên d i turbine, đ t đai th ồ ng canh tác, tr ng tr t bên d i.

ộ ọ ượ ủ ượ ặ ỡ ướ ộ ệ

 Toàn b  tr ng l

ng c a VAWT đ ộ ệ c đ t lên b  đ m đ  phía d i, b  đ m này

ư ỏ ộ ệ ậ ạ ộ ậ ấ ứ r t c ng, linh ho t và có đ  tin c y cao khi v n hành. Tuy nhiên khi b  đ m này h  h ng,

ể ử ữ ặ ả ố ỡ ỏ ế ộ thì đòi h i ph i tháo d  xu ng toàn b  máy phát đ  s a ch a ho c thay th .

ố ớ ấ ấ ổ ườ

 Đ i v i VAWT, mô men quay và công su t ngõ ra thay đ i th t th

ộ ng m t cách

ủ ầ ạ ỏ ỗ ộ tu n hoàn khi cánh qu t đi vào và ra kh i vùng tác đ ng c a gió trong m i vòng quay,

ở ấ ổ ị trong khi HAWT mô men quay và công su t ngõ ra khá  n đ nh.

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

ề ầ ủ ầ ạ ố ổ ộ

14 Do mô men quay c a VAWT thay đ i tu n hoàn, nên t o ra nhi u t n s  dao đ ng t

ự

ả ượ ể ề ầ ấ ở ộ ề ạ ỏ nhiên. Đi u này r t nguy hi m và c n ph i đ ể   c lo i b  nhanh chóng b i b  đi u khi n

ự ộ ế ưở ư ỏ ẽ ọ ơ c  khí, n u không s  c ng h ng s  gây h  h ng nghiêm tr ng cho rô to. Trong khi đó

ế ượ ộ ữ ề ẽ ộ m t HAWT n u đ c thi ế ế ỹ ưỡ t k  k  l ư ậ   ấ ng s  không có nh ng v n đ  rung đ ng nh  v y.

ự ữ ể ượ ủ ụ ạ S  phát tri n mang tính c nh tranh và nh ng gì làm đ ẽ ị ạ   c c a turbine tr c ngang s  b  h n

ế ươ ả ọ ủ ữ ạ ớ ch  trong t ầ ớ ng lai, ph n l n là do t i tr ng c a nh ng cánh qu t ngày càng l n. Có th ể

ụ ứ ấ ằ ự ệ ấ ấ ậ ặ ị ề   ư nh n th y r ng, m c dù hi u su t th p nh ng turbine tr c đ ng không ch u áp l c nhi u

ủ ề ớ ạ ướ ủ ụ ừ ả ọ t i tr ng c a nó, đi u làm gi t i h n kích th c c a turbine tr c ngang.

ề ặ ệ ả ế ế ằ ướ Xét v  m c hi u qu  kinh t [25], các nhà phân tích cho r ng: n u tr c đây các turbine

ụ ứ ả ấ ớ ượ ể ấ tr c đ ng v i công su t ngõ ra kho ng 10 MW đ c phát tri n thì ít nh t nó cũng làm

ữ ụ ượ ộ ơ ư ượ đ c nh ng gì mà turbine tr c ngang làm đ c ngày nay, nh ng chi phí trên m t đ n v ị

ề ệ ấ ủ ụ ứ ề ấ ấ ấ ấ ơ ế   công su t th p h n nhi u, do đó v n đ  hi u su t c a turbine tr c đ ng th p 19% đ n

ụ ớ ọ 40% so v i 56% turbine tr c ngang là không quan tr ng.

Tóm l i:ạ

ụ ụ ứ ư ề ượ ể ư Turbine tr c ngang và tr c đ ng nh  trên đã phân tích đ u có  u và nh ấ   c đi m nh t

ạ ụ ệ ố ư ệ ấ ơ ớ ứ   ị đ nh. Lo i tr c ngang có hi u su t cao h n nh ng chi phí cũng l n, h  th ng khá ph c

ạ ộ ỉ ố ạ ụ ứ ậ ố ế ạ ớ ạ t p và ch  ho t đ ng t ệ   t khi v n t c gió l n. Trong khi lo i tr c đ ng có h n ch  là hi u

ư ấ ấ ạ ễ ạ ộ ấ ồ ờ su t th p nh ng bù l i d  thi ế ế ả ưỡ t k , b o d ng và giá thành th p, đ ng th i ho t đ ng t ố   t

ụ ề ệ ề ấ ổ trong đi u ki n gió th p, chi u gió thay đ i liên t c.

ụ ứ ụ ệ ọ ế ế ẽ ụ ệ ề ộ Vi c ch n mô hình tr c đ ng hay tr c ngang khi thi t k  s  ph  thu c vào đi u ki n gió

ế ế ẽ ượ ư ả ạ ơ t i n i đó và các tiêu chí thi t k , các tiêu chí này s  đ c đ a vào b ng phân tích nhân t ố

ầ ườ ở ừ ẽ ố ọ ố và tùy vào nhu c u ng i dùng t ng qu c gia mà các tiêu chí s  có tr ng s  khác nhau,

ấ ẽ ượ ố ớ ọ ể ọ ế ế ệ tiêu chí nào có tr ng s  l n nh t s  đ c ch n đ  thi t k . Theo tài li u [15] nhóm

ứ ả ố ớ nghiên c u này đã dùng b ng phân tích nhân t ể  v i 7 tiêu chí sau, đ  đánh giá nhu c u s ầ ử

ướ ể ủ ụ d ng c a các n c đang phát tri n:

o Giá thành th p.ấ

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

15

ế ế ễ ấ ớ ố ượ ả t k  d  dàng s n xu t v i s  l ớ ng l n. ượ o Đ c thi

ệ ấ

o Hi u su t cao.

ả ả

o Ít duy tu b o qu n.

o B n.ề

ạ ộ ả ở ệ ệ ề ưở ẩ các đi u ki n gió không lý t ng, gió qu n.

o Ho t đ ng có hi u qu

ặ ễ ắ

o L p đ t d  dàng.

ấ ạ ủ 2.5  C u t o c a tuabin gió

ầ ủ ệ ượ ả ư ệ Các thành ph n c a máy phát đi n gió đ c mô t nh  Hình 2.6 [11]. Máy phát đi n gió

ế ề ư ầ ầ h u h t đ u có các thành ph n chính nh  sau:

ể ắ ủ ầ

 Cánh (Blade):  Cánh rô to là các thành ph n chính c a turbine dùng đ  b t năng

ể ổ ượ ượ ơ ượ l ng gió và chuy n đ i năng l ng gió này thành năng l ụ   ng c  làm quay tr c

ủ ể ệ ổ ố ư ượ turbine. Vi c thay đ i góc pitch c a cánh có th  làm t i  u năng l ng thu đ ượ ừ  c t

gió.

ớ ụ ố ộ ấ ể ề ắ ơ

 Hub: Hub là đi m tâm n i các cánh g n vào và g n li n v i tr c t c đ  th p. ắ

ộ ố ổ ậ ố ộ ố ộ ừ ụ ố ể H p s  là h p chuy n đ i v n t c quay t ộ ấ    tr c t c đ  th p

 H p s  (Gear box):

ụ ố ộ sang tr c t c đ  cao.

ơ ấ ừ ể ơ ố ẳ ấ   t

 Phanh (Brake): Phanh có c  c u gi ng phanh xe h i, dùng đ  hãm và d ng h n t

ử ữ ủ ầ ả c  các thành ph n c a turbine trong quá trình công nhân s a ch a, duy tu. Ở    các

ỡ ớ ườ ệ ố ộ ậ ế turbine c  l n th ng có đ n hai h  th ng phanh đ c l p.

ượ ụ ố ậ ố ộ ộ c n i vào tr c t c đ  cao, là b  ph n chính

 Máy phát (Generator): Máy phát đ

ể ượ ơ ừ ụ ố ộ ượ ệ ở ổ chuy n đ i năng l ng c  t tr c t c đ  cao thành năng l ng đi n ngõ ra.

ố ộ ướ ế ị Hai thi t b  này s ử

 Máy đo t c đ  và h

ng gió (Anemometer and Wind vane):

ể ề ị ậ ố ụ d ng đ  xác đ nh v n t c gió và chi u gió.

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

16

ướ ộ ướ ụ ệ ̣ B  xoay h ng gió có nhi m v  xoay cánh luôn

 Bô xoay h

ng gió (Yaw drive):

ướ ố ớ ụ ứ ạ ộ ớ ồ luôn h ậ   ng vuông góc v i lu ng gió, đ i v i lo i turbine tr c đ ng thì b  ph n

ầ ế này là không c n thi t.

ộ ề ộ ệ ố ộ ề ể ể B  đi u khi n là m t h  th ng máy tính có th  giám

 B  đi u khi n (Controller):  ể

ạ ộ ổ ướ ể ề ẳ ạ sát và đi u khi n ho t đ ng turbine. Ch ng h n, khi gió đ i h ệ ố ng h  th ng này

ể ỉ ướ ề ặ ớ ẽ ề s  đi u ch nh đ  xoay cánh luôn luôn h ng vuông góc v i chi u gió, ho c thay

ể ượ ượ ố ư ổ đ i góc pitch đ  năng l ng thu đ c luôn là t i  u. Khi có gió bão ho c s  c  h ặ ự ố ệ

ộ ệ ố ạ ộ ể ả ừ ẽ ả ố th ng s  cho d ng ho t đ ng toàn b  h  th ng đ  đ m b o an toàn.

ộ ệ ố ể ỡ ụ

 Tháp (Tower): Tháp là tr  chính đ  đ  toàn b  h  th ng.

ứ ứ ầ ộ ệ ố    Thùng ch a là thùng ch a toàn b  các thành ph n h  th ng

 Thùng ch a (Nacelle): ứ

ừ tr  cánh.

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

17

ầ ủ Hình 2.6. Các thành ph n c a turbine gió

ủ ạ ộ 2.6  Nguyên lý ho t đ ng c a tuabin gió

ủ ố ộ ọ ượ ổ ớ ậ ố ề Đ ng năng c a kh i không khí có tr ng l ng m, th i v i v n t c u theo chi u x là:

(Joules) (2­4)

V i:ớ

2;

ủ ệ ắ ơ ố ị A : Di n tích c t ngang c a kh i khí đi qua, đ n v  là m

3;

ρ ậ ộ ơ ị : M t đ  không khí, đ n v  kg/m

ơ ộ ị ố x  : Đ  dày kh i khí, đ n v  m;

ả ử ố ượ ậ ố ư ể ể ễ ớ Gi s  kh i khí đó đ ề c bi u di n nh  Hình 2.2, v i chi u x di chuy n theo v n t c u, ta

ề ề ấ ộ ố th y đ ng năng tăng đ u theo x, vì kh i khí tăng đ u.

w, chính là đ o hàm đ ng năng theo th i gian [5]:

ư ậ ượ ủ ạ ộ ờ Nh  v y, năng l ng c a gió P

(W) (2­5)

ấ ả ụ ứ ứ là công su t thu đ ượ ừ c t gió. ụ Công th c này dùng cho tr c đ ng và c  tr c ngang.

ượ ứ ề ấ ẳ ộ ẽ ấ Turbine s  l y năng l ng gió theo chi u x, đ ng th c (2­2) cho th y toàn b  năng l ượ   ng

ượ ừ ệ ể có th  thu đ di n tích A. c t

ượ ủ ố ng c a kh i không khí Hình 2.2. Năng l

ặ ế ậ ộ ượ ứ ễ ể ẳ M t khác, ta bi t m t đ  không khí đ c bi u di n theo đ ng th c:

(kg/m3) (2­6)

ứ ẳ Trong đ ng th c này:

ấ ơ ị : là áp su t, đ n v  là Pa.

ệ ộ : là nhi t đ  Kelvin.

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

ư ậ ượ ừ ẳ ượ ễ ạ ể

18 Nh  v y, năng l

ng gió t ứ  đ ng th c (2­2) đ c bi u di n l ư i nh  sau:

(W) (2­7)

ố ớ ở ề ườ ệ ớ Đ i v i không khí ệ  đi u ki n bình th ng thì = 101.3 Pa và = 273 K, v i A là di n tích

ậ ố ươ ượ ọ ạ quét (m2) và u là v n t c gió (m/s). Khi đó ph ng trình đ c rút g n l i là:

(W) (2­8)

ươ ổ ượ ặ ộ ị Ph ng trình t ng quát (2­4) nên đ c dùng khi v  trí đ t turbine gió có đ  cao vài trăm

ặ ướ ể ặ ệ ộ ớ ể ớ mét so v i m t n c bi n ho c nhi t đ  l n đáng k  so v i 0 ớ 0C.

ủ ể ể ễ ậ ộ ớ ố Hình 2.2 bi u di n v t lý c a m t turbine gió khi có kh i không khí l n di chuy n làm

ổ ố ụ ể ễ ấ ộ ộ thay đ i t c đ  gió và áp su t không khí. Hình 2.3 bi u di n m t turbine tr c ngang

ề ể ạ ố truy n th ng ki u có cánh d ng chong chóng.

ư ư ể ế ế ầ ậ ố N u nh  ta xem kh i không khí di chuy n ban đ u khi ch a ti p c n turbine gió có

1, v n t c u

ẽ ả ậ ố ế ấ ớ ố ườ đ ng kính d ậ ố 1, áp su t . V n t c kh i khí s  gi m khi ti p xúc v i turbine làm

2 c a turbine gió. Áp l c không khí s  tăng

ớ ườ ằ ồ ủ ự ẽ cho lu ng khí giãn ra b ng v i đ ng kính d

ạ ở ướ ẽ ả ỏ ộ ự c c đ i ngay tr c turbine và s  gi m ngay khi qua kh i turbine. Chính đ ng năng

ượ ể ượ ề ẩ (kinetic energy) trong không khí đ c chuy n thành năng l ng ti m  n (potential energy)

ẽ ẫ ự ề ấ ỏ ộ ể đ  gây ra s  tăng áp su t này. Sau khi qua kh i turbine s  v n còn nhi u đ ng năng đ ượ   c

ể ổ ượ ề ẩ ở ạ ể ấ ườ chuy n đ i thành năng l ng ti m  n đ  làm tăng áp su t không khí tr  l i bình th ng.

ế ụ ề ả ố ớ ấ ở ạ ằ ộ ộ Đi u này làm cho t c đ  gió ti p t c gi m cho t i khi áp su t tr  l i cân b ng. M t khi

4 = u1 như

ộ ủ ở ạ ế ể ẽ ế ấ ộ ố ố ố t c đ  gió ti n đ n đi m th p, thì t c đ  c a kh i khí s  tăng tr  l i sao cho u

ầ b u không khí xung quanh nó.

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

19

ể ễ ồ ổ ộ ưở ng Hình 2.7. Bi u di n lu ng khí th i qua m t turbine gió lý t

ể ể ệ ố ư ấ ự ạ ượ ề ễ ề ừ Có th  bi u di n theo các đi u ki n t i  u, khi công su t c c đ i đ c truy n t ố    kh i

ệ khí sang turbine. Ta có các quan h  sau:

ấ ơ ự ẽ ệ ữ Khi đó công su t c  thu đ ượ ừ c t gió s  có s  khác bi t gi a ngõ vào và ngõ ra:

(W) (2­9)

ẳ ượ ể ằ ộ ưở ượ ượ ứ Đ ng th c trên đ c phát bi u r ng m t turbine lý t ẽ ng s  thu đ c 8/9 năng l ng t ừ

ồ ự ỏ ơ ư ệ ố lu ng gió t ệ   ấ  nhiên. Tuy nhiên, nh  Hình 2.3 ta th y kh i khí có di n tích nh  h n di n

1 khó xác đ nh.

ệ ề ế ả ị ể tích turbine, và đi u này có th  làm sai k t qu  do di n tích A

ươ ườ ể ễ ầ ượ ượ ố Ph ng pháp bình th ng bi u di n ph n năng l ng thu đ ệ   ộ c theo t c đ  gió  và di n

ươ tích turbine A2. Ph ng pháp này cho ta:

(W) (2­10)

ệ ố ườ ượ ệ ố ể ọ ộ H  s  16/27= 0.593 th ng đ c g i là h  s  Betz. Nghĩa là m t turbine không th  thu

ề ơ ượ ự ế ủ ệ ố ượ đ c nhi u h n 59.3% năng l ng c a kh i khí có cùng di n tích. Th c t ầ   ấ  cho th y ph n

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

ượ ượ ệ ố ơ ơ

20 năng l

ng thu đ ả   c luôn luôn ít h n, nguyên nhân là do h  th ng c  khí không hoàn h o.

Ở ề ệ ố ư ả ố ể ấ ượ ả ỉ đi u ki n t ế i  u k t qu  t t nh t có th  thu đ c cũng ch  kho ng 35% ­ 40% năng

ừ ườ ể ẳ ị ượ l ng t ặ  gió, m c dù ng i ta kh ng đ nh là hoàn toàn có th  thu đ ượ ớ c t ộ   i 50%. M t

ể ượ ừ ượ ả turbine mà có th  thu đ ượ ớ c t i 40% năng l ng t ứ  gió, t c thu đ c kho ng 2/3 năng

ộ ưở ượ ượ ấ ố ượ l ng mà m t turbine lý t ng thu đ c cũng đ c coi là r t t t.

ệ ấ 2.7  Hi u su t turbine gió

ầ ượ ượ ự ế ườ ủ Ph n năng l ng thu đ ượ ừ c t năng l ng gió c a các turbine trong th c t th ng do giá

ế ị ị ệ ấ ố ư ệ ậ ấ ủ hi u su t c a turbine tr  quy t đ nh, chính là . Theo lu t Benz, hi u su t t ấ ủ   i  u nh t c a

ộ ấ ả ự ế ề ị m t turbine là 59.3%, t t c  các turbine gió trong th c t ạ ế  đ u không đ t đ n giá tr  này,

ỉ ằ ả ừ ậ ấ mà ch  n m trong kho ng t ấ ơ  20­30% [5]. V y công su t c  ngõ ra, công su t làm quay

ụ ố ộ ấ ứ ễ ể ẳ tr c t c đ  th p, trong th c t ự ế ượ  đ c bi u di n theo đ ng th c sau:

(W) (2­11)

: Công su t cấ ơ

ạ ộ ụ ớ ổ Turbine Darrieus ho t đ ng v i góc pitch không đ i trong khi đó các turbine tr c ngang c ỡ

ườ ổ ượ ở ớ l n th ng có góc pitch thay đ i. Góc pitch đ ổ ể c thay đ i đ  duy trì ấ   ị ớ  giá tr  l n nh t

ộ ủ ặ ố ượ ề ả ỉ theo t c đ   c a turbine, ho c có khi đ ố   c đi u ch nh gi m trong khi  đang tăng theo t c

ể ấ ở ứ ủ ị ị ộ đ  gió đ  duy trì công su t ngõ ra giá tr  đ nh m c c a turbine.

ủ ằ ổ ố ộ ố ố ộ không là h ng s , mà thay đ i theo: t c đ  gió, t c đ  quay (TSR) c a turbine, và các

ư ố ớ ể thông s  cánh nh  góc t i và góc pitch và ki u dáng cánh.

ả ớ ừ ứ ệ ể ấ Hi u su t turbine  ng v i t ng ki u khác nhau B ng 2.2.

ệ ấ Hi u su t % ệ ố ượ H  th ng năng l ng gió ấ C u trúc Thi ế ế t k

ả ơ

ạ

ơ ơ ướ ướ ề ể Turbine b m n Turbine b m n c nhi u cánh dùng cho nông tr i  ồ c ki u cánh bu m đ n gi n 10 10 i  uố ư t 20 25

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

ơ ể ướ

c ki u Darrieus ỏ ể

ể

ừ ể 2­10Kw)

ể

ể

21 Turbine b m n ệ Máy phát đi n nh  turbine ki u Savonius ệ ỡ ỏ Máy phát đi n c  nh , turbine ki u chong chóng (<2kW) ệ ỡ Máy phát đi n c  trung, turbine ki u chong chóng (t ệ ỡ ớ Máy phát đi n c  l n, turbine ki u chong chóng (>10kW) ệ Máy phát đi n gió ki u Darrieus

15 10 20 20 ­­­­­ 15 30 20 30 30 30 – 45 35

ế ế ấ ỏ 2.8  Thi ệ t k  máy phát đi n gió công su t nh

ư ồ ế ế ụ ứ ệ ấ ạ ỏ L u đ  tính toán thi t k  cho máy phát đi n gió công su t nh , lo i turbine tr c đ ng và

ể ơ ể ề ả ắ ộ ế ế ki u dáng cánh Lenz2. Đ  đ n gi n, đ  tài đã tóm t t toàn b  các khâu thi t k  thành các

ướ b ư c nh  sau:

ướ ả Kh o sát gió. B c 1:

ố ộ ở ệ ầ ằ ượ ả Đây là khâu kh o sát t c đ  gió ấ  các vùng c n cung c p đi n b ng năng l ệ   ng gió. Vi c

ẽ ự ả ờ ệ ể ả ả ả ượ kh o sát này s  th c hi n kh o sát tát c  th i gian trong ngày. Đ  kh o sát đ ầ   c c n

ả ử ụ ế ị ư ph i s  d ng thi t b  đo gió, nh  Hình 3.1.

ế ị ậ ố t b  đo v n t c gió Hình 2.8. Thi

ướ ậ ố ị Xác đ nh v n t c gió. B c 2:

ườ ố ệ ẽ ị ụ ả ổ ị ị ừ Thông th ng s  li u kh o sát s  b  thay đ i liên t c, nên giá tr  này xác đ nh t

ố ệ ả ị ượ ầ ố ấ ả ấ ị ị các s  li u kh o sát gió. Giá tr  này đ c xác đ nh l y giá tr  gió kh o sát mà t n s  xu t

ấ ể ự ệ ề ọ hi n nhi u nh t đ  l a ch n.

e

ướ ượ ệ ấ ị ở ố ị  Xác đ nh đ c giá tr  công su t đi n P ngõ ra mong mu n. B c 3:

ệ ở ậ ự ệ ấ ọ L a ch n công su t ngõ ra mà khi máy phát đi n gió phát đi n v n tóc gió

ườ ấ ượ ệ th ng xuyên, đây là công su t thu đ c sau khi qua máy phát đi n.

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

ướ ị ướ ượ ệ ẽ ế ế ệ Xác đ nh c l ng di n tích cánh A s  thi t k  trong máy phát đi n gió.

22 B

c 4:

ệ ượ ự ộ ộ ủ ụ ề ọ ộ Di n tích cánh gió đ c l a ch n ph  thu c vào chi u cao cánh gió và đ  r ng c a cánh

ớ ố ư ẽ ẽ ế ỏ gió. N u nh  cánh gió có bán kính càng nh  thì s  turbine cánh gió s  quay v i t c đ ộ

ư ớ ỏ ệ ượ ị càng l n nh ng mô men quay càng nh  và ng ượ ạ c l i. Di n tích cánh gió đ c xác đ nh

ư nh  sau:

A=dm *h (m2)

2)

ệ Trong đó:  A: Di n tích cánh gió (m

ườ ề dm là đ ng kính cánh rô to (m); h là chi u cao cánh rô to (m).

2), khi tính ở

ướ ấ ố ượ ứ ệ ớ Tính công su t gió t i đa thu đ c  ng v i di n tích cánh rô to A (m B c 5:

ệ ộ ườ ể ấ ượ ử ụ ứ nhi t đ  bình th ng. Đ  tính công su t thu đ c s  d ng công th c:

Pw=0.647*A.u3 (W).

Trong đó:

ấ Pw : Công su t gió (W)

2)

ệ A: Di n tích cánh gió (m

ậ ố u: V n t c gió (m/s)

m = Cp*Pw (W).

ướ ấ ơ ụ Tính công su t c  làm quay tr c rô to: P B c 6:

ố ớ ể ạ ỷ ố ố ư Đ i v i lo i ki u dáng cánh Lenz2 có t s  t i  u TSR là 0.8.

ử ụ ứ Nên s  d ng công th c: = 0.389 [11]

ướ ề ệ ề ề ấ ấ ộ ớ ộ ộ :  Công su t truy n qua b  truy n đ ng v i hi u su t truy n đ ng là B c 7:

(W)

ể ị ượ ề ệ ấ ộ Đ  xác đ nh đ c hi u su t truy n đ ng:

(cid:0) ố ộ ủ Tính t c đ  quay c a rô to cánh gió:

(vòng/giây) = 60 (vòng/phút);

ớ v i =0.8 (TSR)

(cid:0) ọ ỷ ố ự ộ L a ch n t ề  s  truy n đ ng i:

1/n2;

ớ ố ộ ủ ệ ề ộ V i t c đ  quay c a máy phát đi n là n, tính đ ượ ỷ ố c t s  truy n đ ng i = n

ộ ầ ự ế ọ ­ N u i ≤ 7 thì l a ch n m t t ng bánh răng;

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

23

ư ỷ ố ơ ự ế ế ầ ọ ­ N u 8 ≤ i ≤ 40 thì l a ch n 2 t ng bánh răng, n u nh  t ề ớ  s  truy n l n h n có

ể ọ ầ ặ th  ch n 3 ho c 4 t ng bánh răng;

ề ệ ấ ộ ượ ế ự ư ệ ấ ầ ọ Hi u su t truy n đ ng đ c tính nh  sau: n u l a ch n 1 t ng thì hi u su t là 0.99 và

ấ ẽ ả ữ ữ ầ ệ ế n u thêm 1 t ng n a thì hi u su t s  gi m đi 1% n a;

ướ ấ ủ ủ ệ ớ ấ  Công su t ngõ ra P ệ out c a máy phát, v i là hi u su t c a máy phát đi n: B c 8:

(W);

out

ấ ướ ể Ki m tra công su t ngõ ra P B

out < Pe thì ph i tăng l

ả ạ ứ ệ ả ạ ướ ể ự i di n tích cánh, t c ph i quay l i B c 4 đ  th c c 9: (cid:0) N u Pế

ệ ạ ệ ệ ọ ợ i vi c ch n di n tích cánh phù h p.

ế ướ ệ hi n l (cid:0) N u Pế ự out > Pe thì th c hi n ti p b c 10.

ướ ư ế ế Đ a ra chi ti ả t k t qu : B

ậ ố ứ c 10: (cid:0) V n t c gió đ nh m c u (m/s); ị

ệ ườ ề

(cid:0) Di n tích cánh rô to A (m

2): đ

m  (m); chi u cao cánh rô to h

ng kính cánh rô to d

m (m); chi u dài cánh: l

ố ượ ỗ ộ ề (m); s  l ng cánh: 3 cánh; đ  dày m i cánh: m = 0.1875*d

= 0.4*dm(m).

2 (vòng/phút); t c đ  quay

(cid:0) ộ ộ ỷ ố ủ ề ố ố ộ ề B  truy n đ ng: t ộ  s  truy n i; t c đ  quay c a rô to n

1 (vòng/phút); s  t ng bánh răng q (t ng); s  răng c a bánh răng

ố ầ ủ ầ ố ủ c a máy phát n ở

ỗ ầ ơ ở ớ m i t ng v i bánh răng c  s  là x răng;

out;

(cid:0) ấ ạ ượ Công su t đ t đ c P

ể ạ

(cid:0) Hình d ng, ki u dáng.

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

24

ụ ứ ể Hình 2.9. Mô hình máy turbine gió tr c đ ng, ki u dáng cánh Lenz2

ấ ả ướ ự ệ ế ế ỏ ạ ụ ứ ệ ấ T t c  các b c th c hi n thi t k  cho máy phát đi n gió công su t nh  lo i tr c đ ng

ể ượ ư ồ ư ể ệ ớ v i ki u dáng cánh Lenz2 đ c th  hi n trong l u đ  nh  Hình 3.3.

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

25

ư ồ  L u đ  thi ế ế t k :

ư ồ ế ế ệ t k  máy phát đi n gió Hình 2.10. L u đ  thi

ỏ ụ ứ ể ấ công su t nh  tr c đ ng, ki u dáng cánh Lenz2

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

26

ế ế ể 2.9 Tính toán thi t k  mô hình gió đi n hình

ế ế

ấ

ỏ

3.9.1. Tiêu chí thi

ệ t k  máy phát đi n gió công su t nh

ệ

ấ

(cid:0) Hi u su t cao.

ấ ạ

ả

ơ

(cid:0) C u t o đ n gi n.

ễ ậ

ả ưỡ

(cid:0) D  v n hành và b o d

ng.

(cid:0)

ổ ượ ố ộ

ề

ộ

Thay đ i đ

ờ ộ c t c đ  nh  b  truy n đ ng.

(cid:0)

ổ ượ

ệ

Thay đ i đ

c di n tích cánh rô to.

(cid:0)

ả

ả

Ít duy tu, b o qu n.

(cid:0) B n.ề

ự ế

ủ

ệ

ấ

ở ứ

ườ

Công su t ngõ ra d  ki n c a máy phát đi n gió

m c th

ả   ng xuyên là kho ng

400W.

ấ ạ ủ ệ ố

ệ

ấ

ỏ Hình 2.11. C u t o c a h  th ng máy phát đi n gió công su t nh

ụ ứ

ể

ớ

ạ d ng tr c đ ng v i ki u dáng cánh Lenz2

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

ự

ọ

ế ế

ấ

ỏ

27 3.9.2. Tính toán l a ch n, thi

ệ t k  máy phát đi n gió công su t nh

ệ

ồ

ấ ả

ư

ậ

ộ

Trong máy phát đi n gió bao g m t

t c  các b  ph n nh  sau:

(cid:0) Rô to: cánh rô to, cánh tay đòn, hub.

ộ ố

ể

ề

ộ

ộ

ổ ỷ ố

ơ ấ

ề

ộ

(cid:0) B  truy n đ ng: h p s  chuy n đ i t

ề    s  truy n đ ng trong c  c u truy n

ủ ế

ộ ừ ố

ộ ấ ủ

ộ

ố

ộ đ ng, ch  y u là h p tăng t c đ  t

ố    t c đ  th p c a rô to cánh gió sang t c

ơ ủ

ệ

ộ đ  cao h n c a máy phát đi n.

(cid:0)

ụ

ỡ Tr  quay và giàn đ .

(cid:0) Máy phát đi n.ệ

ữ ệ

ệ

ậ

ậ

ộ

ộ

(cid:0) B  ph n nén và tích tr  đi n, b  ph n xã đi n.

ế ế ộ ệ ố

ượ

ườ

ể Đ  thi

t k  m t h  th ng năng l

ng gió, ng

ầ i ta c n bi

ế ướ t tr

ố ể c các thông s  đ

ề

ượ

ử ụ s  d ng trong quá trình tính toán v  năng l

ng gió:

ậ ố

ố ệ

ứ

ị

ượ ừ ệ

ậ ố

ả

(cid:0) V n t c gió đ nh m c, s  li u này có đ

vi c kh o sát, v n t c này

c t

ượ

ừ

ủ ậ ố

ơ ặ

ị

đ

c tính t

giá tr  trung bình c a v n t c gió n i đ t turbine, thông qua

ả

kh o sát gió.

(cid:0)

ụ ứ

ạ ụ

ụ

ạ

Lo i tr c turbine là lo i turbine tr c đ ng hay tr c ngang.

ườ

(cid:0) Đ ng kính rô to.

ệ

(cid:0) Di n tích quét rô to.

ể

(cid:0) Ki u dáng cánh...

ớ

ế ế

ụ ứ

ạ

V i mô hình thi

ệ t k  và thi công, lo i máy phát đi n gió turbine tr c đ ng (VAWT)

ể

Ở

ự

ể

ạ

ớ

ọ

ki u dáng cánh Lenz2.

đây l a ch n ki u dáng cánh Lenz2 vì v i lo i cánh này

ế ế

ố ầ

ầ

ạ

ơ

ớ

ễ d  thi

t k  và thi công h n các lo i cánh khác. V i các thông s  đ u vào và đ u ra

ư ả

nh  B ng 3.1:

ả

ố ầ

ủ

ầ

Các thông s  đ u vào và đ u ra c a mô hình

B ng 2.3.

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

28

ố ầ

ể

Thông s  đ u vào

ườ

ự ạ

ầ

ệ

ố ầ

Thông s  đ u ra

ườ

ị ứ ậ ố V n t c gió đ nh m c: ỷ ố ố ộ T  s  t c đ  TRS ố S  cánh Ki u dáng cánh Đ ng kính rô to (c c đ i ) ề Chi u cao cánh ố ầ S  t ng Di n tích quét rô to ấ Công su t ngõ ra ố ầ Đ ng kính và s  t ng Cánh tôn ắ S t và thép

8 m/s 0.8 3 (ho c 6)ặ Lenz2 2m 3m ặ 1 ho c 2 t ng 6m2  400W ố ị C  đ nh ợ ộ Đ  dày phù h p ắ ố S t  ng, vuông –

ấ ệ Ch t li u cánh ấ ệ Ch t li u

Thanh ch  Vữ

giàn và tr  đụ ỡ

ế ế

ấ

Tính toán thi

t k  và công su t ngõ ra:

ấ

1. Công su t thu đ

ượ ừ c t

gió:

ư

ượ

ệ

ặ

ở

ề

ườ

Coi   nh   mô   hình   đ

ử c   đ t   và   th   nghi m

ệ   đi u   ki n   môi   tr

ng   bình

ườ Ở ề

ườ

ứ

ấ

th

ệ  đi u ki n bình th

ng.

ử ụ ng, công su t gió s  d ng công th c (2–5):

= 0.647*6*83 = 1988W

ớ

V i A = 6 m

2 và u = 8 m/s

ấ ủ

ệ

2. Hi u su t c a turbine gió:

ệ

ả

ỷ ố

ố ư

ủ

Theo tài li u tham kh o [11] t

s  TRS t

i  u c a Lenz2 là 0.8.

ử ụ   S  d ng

ứ

ể

ệ

ấ

công th c (2– 25) đ  tính hi u su t turbine:

ấ ố ư ủ

ụ ứ

ệ

ể

ớ

V i : = 0.389 là hi u su t t

i  u c a turbine gió tr c đ ng ki u dáng cánh Lenz2.

ấ ủ ộ

ề ộ

ệ

3. Hi u su t c a b  truy n đ ng:

ố ộ

ạ ượ

ứ

ủ + T c đ  quay c a rô to cánh qu t đ

c tính theo công th c (2–35):

ớ

(vòng/giây) = 60 (vòng/phút); v i =0.8

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

29

=62vòng/phút

ố ộ ủ

ệ

+ T c đ  c a máy phát đi n n

1:

ớ ỷ ố

ề

ể

ầ

ề   ọ  s  truy n 8 ≤ i ≤ 40 nên ch n 2 t ng bánh răng đ  truy n

i = n1/n2;  v i t

ư ậ

ệ

ễ

ầ

ấ

ọ

ạ

ộ đ ng d  dàng, ch n 2 t ng bánh răng nh  v y hi u su t còn l

i là 98%, coi nh

ư

ỗ ầ

ế

ệ

ệ

ấ

ấ

ặ

ộ

ơ

ấ   m i t ng m t đi hi u su t 1% n u có bôi tr n và đ t trong h p kín,  là hi u su t

ộ

ề ủ ộ c a b  truy n đ ng [3].

ấ ủ

ệ

ệ

4. Hi u su t c a máy phát đi n:

ấ ủ

ệ ượ ự

ệ

ư

ế

Hi u su t c a máy phát đi n đ

c d  đoán là

27.8% đ n 82.2% nh  trong thí

ụ

ủ

ệ

ệ

ệ

ề

ấ

ố

ộ

ộ

ủ   nghi m v  máy phát đi n thì hi u su t ph  thu c vào t c đ  quay c a rô to c a

ấ ủ

ệ Ở

ệ

ế

máy phát đi n, ệ  = 27.8% đ n 82.2% là hi u su t c a máy phát đi n.

đây, gi

ả ử   s

ạ ượ

ệ

ấ

hi u su t máy phát đ t đ

c 80%

ệ ố

ệ

ấ

5. Hi u su t toàn h  th ng:

ệ ố

ệ

ấ

ượ

ứ

ư

Hi u su t toàn h  th ng đ

c tính theo công th c nh  sau:

V i: ớ

ấ ủ

ệ

= 0.389 là hi u su t c a turbine;

ấ ủ ộ

ệ

ề

ộ

= 0.98 là hi u su t c a b  truy n đ ng;

ệ

ệ

ấ ủ = 0.8 là hi u su t c a máy phát đi n.

có giá tr  ị 0.304.

ệ ố

ấ

6. Công su t toàn h  th ng:

ệ ố

ấ

ượ

ứ

ư

Công su t toàn h  th ng đ

c tính theo công th c nh  sau:

Pe Pw= . Pw

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

30

Pe = 0.304* 1988   =606W

ệ ố ỏ ợ ỗ ệ 2.10 Mô ph ng h  th ng máy phát đi n h n h p gió –diesel (WDHS – Wind Diesel

Hybrid System)

ả ệ ố ệ ỗ ỏ ợ ệ Trong tài li u này tác gi xin trình bày mô ph ng h  th ng máy phát đi n h n h p gió –

ộ ệ ố ệ ử ụ diesel (WDHS – Wind Diesel Hybrid System), đây là m t h  th ng phát đi n s  d ng máy

ệ ố ấ ả ả ằ ụ ả ấ phát turbine gió và máy phát diesel nh m đ m b o cung c p đi n t t nh t cho ph  t i khi

ủ ệ ố ụ ệ ả ạ ồ ị ngu n gió b  gián đo n. M c đích chính c a h  th ng này là gi m tiêu hao nhiên li u, do

ạ ế ệ ố ả ả ậ ườ ấ ạ ủ đó gi m chi phí v n hành h  th ng và gi m tác h i đ n môi tr ng. C u t o c a WDHS

ả ơ ồ ộ ồ g m có máy phát diesel (DG), máy phát turbine gió (WTG), và t i. Đ ng c  đ ng b ộ

ể ệ ệ ạ ạ   ế (synchronous machine – SM) t o ra đi n th  và ki m soát đi n áp khi DO không ho t

ệ ố ộ ộ ả ạ ể ờ ồ ổ ộ đ ng trong h  th ng. T i t m th i (dump load – DL) g m có m t b  chuy n đ i công

ở ả ệ ấ ể ề ầ ệ ố ư ữ su t và các đi n tr , t ệ ố i này dung đ  đi u t n cho h  th ng. H  th ng l u tr  năng l ượ   ng

ộ ư ồ ữ ượ ấ ể ư ể ộ ử (ESS) g m b  l u tr năng l ổ ng và b  chuy n đ i công su t đ  l u tr ử ụ    và s  d ng

ượ ư ố ộ ượ ử ụ ắ năng l ng nh  mong mu n. B  ESS đ c s  d ng trong WDHS là  c quy (hình 4.1).

ạ ộ ế ộ ạ ộ ỉ ỉ ạ   B  WDHS có 3 ch  đ  ho t đ ng: ch  ch y máy phát diesel (diesel only – DO), ch  ch y

ạ ủ ệ máy phát đi n gió (wind only – WO) và ch y c ng lúc máy phát diesel và gió (DW).

ế ộ ả ấ ấ ấ ụ   Trong ch  đ  DO, máy phát diesel cung c p công su t ph n kháng và công su t tác d ng

ụ ả ạ ộ ệ cho ph  t i, máy phát đi n gió không ho t đ ng (IT = OFF).

ế ộ ệ ấ Trong ch  đ  DW, máy phát turbine gió cùng máy phát diesel cung c p đi n năng cho t ả   i

(IG = IT = ON).

ạ ộ ế ộ ấ ỉ Trong ch  đ  MO, máy phát diesel không ho t đ ng, ch  duy nh t máy phát turbine gió

ẽ ề ộ ể ạ ộ ủ ệ ể ỉ ho t đ ng (IG = OFF, IT = ON). B  đi u ch nh đi n áp c a SM s  đi u khi n dòng kích

ầ ấ ả ế ả ị ụ ả ừ ể t ấ  đ  cung c p công su t ph n kháng c n thi t đ m b o không b  s t áp.

ể ả ề ầ ỏ Đ  mô ph ng, tác gi dung ph n m m Matlab Simulink 7.8 Relaese 13 . Trong gi ớ ạ   i h n

ả ỉ ế ầ ỏ ủ ề c a đ  tài, tác gi ứ    ch  mô ph ng ph n MO, không xét đ n máy phát diesel. Các nghiên c u

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

ệ ữ ượ ề ậ ở ệ ố

31 ề ự v  s  liên h  gi a WTG và DG không đ

c đ  c p [30], [31], [32]. H  th ng mô

ỏ ượ ư ph ng trên Matlab đ c trình bày nh  hình 4.2.

ệ ố ử ụ ồ ồ ộ ỏ Mô hình trong h  th ng mô ph ng này s  d ng g m có máy phát đ ng b  380V, 300kVA;

ả ứ ụ ả ộ ụ ả ộ turbine gió kéo máy phát c m  ng 380V, 275kVA; m t ph  t i 50 kW và m t ph  t i thay

ế đ i (ổ 0 đ n 446.25 kW).

ạ ộ ả ấ ộ ố ấ   Khi t c đ  gió th p, c  máy phát turbine gió và máy phát diesel cùng ho t đ ng c p

ồ ả ụ ả ứ ầ ấ ể ắ ngu n cho t i.  Khi công su t gió đáp  ng nhu c u ph  t i, có th  t t máy phát diesel.

ấ ả ế ộ ượ ử ụ ư ộ ồ Trong t t c  các ch  đ  gió, máy phát diesel đ c s  d ng nh  m t máy bù đ ng b ộ

ộ ừ ủ ệ ề ỉ ướ ằ (synchronous condenser) và b  kích t c a nó đi u ch nh đi n áp l ớ i b ng v i giá tr ị

ườ ộ ộ ả ế ổ ượ ử ụ ỉ thông th ng. M t b  t i bi n đ i (secondary load bank) đ ầ   ể ề c s  d ng đ  đi u ch nh t n

ố ệ ố s  h  th ng.

ử ụ ể ả Mô hình turbine gió s  d ng b ng Lookup 2D đ  tính mô men ngõ ra turbine gió (Tm), là

ủ ậ ố ậ ố hàm c a v n t c gió (w_Wind) và v n t c turbine (w_Turb).

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

32

ơ ồ ệ ố Hình 2.12. S  đ  kh i mô hình máy phát đi n gió –diesel WDHS [28]

ố ả ắ ố ế ứ ụ ệ ở ớ Kh i t i ph   (secondary load) ch a 8 đi n tr  3 pha m c n i ti p v i switch GTO, công

ổ ừ ấ ỗ ướ ả su t thay đ i t 0 – 446.25 kW, m i b c nh y là 1.75kW (hình 4.3).

ầ ố ủ ệ ố ầ ố ử ụ ộ ề ể ỉ B  đi u ch nh t n s  s  d ng vòng khóa pha (PLL) đ  đo t n s  c a h  th ng. T n s ầ ố

ớ ầ ố ợ ẽ ể ẩ ượ ề ầ ố ệ ố đo đu c s  so sánh v i t n s  chu n (50/60Hz) đ  có đ c sai s . Sai l ch v  t n s  này

ệ ệ ế ệ ợ ượ ộ ề ể đu c bi n thành sai l ch pha (phase error). Tín hi u l ch pha đ c b  đi u khi n PD

ấ ả ấ ụ (Proportional­Differential) xu t ra theo công su t t ệ   i ph  (secondary load power). Tín hi u

ượ ệ ố ể ề ủ ả ể ể ổ này đ c chuy n đ i thành tín hi u s  8 bit đ  đi u khi n các switch c a t i thay đ i t ổ ả   i

ụ ph  (secondary loads).

ễ ThS. Nguy n Bá Thành

Chương 2 Năng lượng gió

33

ệ ủ

ặ

Hình 2.13. Đ c tính làm vi c c a turbine

ễ ThS. Nguy n Bá Thành