Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Phân tích vận hành hệ thống điện gió nối lưới

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:104

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Phân tích vận hành hệ thống điện gió nối lưới" nghiên cứu nghiên cứu hệ thống điện gió sử dụng máy phát điện gió DFIG; nghiên cứu xây dựng mô hình và mô phỏng hệ thống điện gió sử dụng máy phát điện gió DFIG nối lưới; nghiên cứu phân tích vận hành hệ thống điện gió sử dụng máy phát điện gió DFIG nối lưới.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Phân tích vận hành hệ thống điện gió nối lưới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- LÊ THỊ HỒNG LAM PHÂN TÍCH VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ NỐI LƯỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- LÊ THỊ HỒNG LAM PHÂN TÍCH VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ NỐI LƯỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. HUỲNH CHÂU DUY TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Huỳnh Châu Duy (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ Tp. HCM ngày … tháng … năm … Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 Chủ tịch 2 Phản biện 1 3 Phản biện 2 4 Ủy viên 5 Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. HCM, ngày___tháng___năm 2018 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Thị Hồng Lam Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh: Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: I- Tên đề tài: Phân tích vận hành hệ thống điện gió nối lưới II- Nhiệm vụ và nội dung: - Tổng quan tình hình khai thác và sử dụng nguồn năng lượng gió. - Nghiên cứu hệ thống điện gió nối lưới. - Nghiên cứu vận hành hệ thống điện gió nối lưới. - Mô phỏng vận hành hệ thống điện gió nối lưới. III- Ngày giao nhiệm vụ: IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: V- Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Huỳnh Châu Duy CÁN BỘ HUỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)
LỜI CAM ÐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng đuợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã đuợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đuợc chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn Lê Thị Hồng Lam
LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, em xin chân thành cám ơn các Thầy Cô của Trường Đại học Công nghệ Tp. HCM, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Khoa học Kỹ thuật HUTECH đã hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa học và đề tài luận văn. Đặc biệt, em xin chân thành cám ơn Thầy, PGS. TS. Huỳnh Châu Duy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quý báo cho việc hoàn thành Luận văn này. Cuối cùng, em xin cảm ơn tập thể lớp 16SMĐ11, đồng nghiệp và gia đình đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thực hiện Luận văn của em. Lê Thị Hồng Lam
Tóm tắt Các phân tích cho thấy rằng tiềm năng nguồn điện năng lượng gió là rất cao và ngày càng được phép tham gia nhiều vào cơ cấu nguồn điện của hệ thống điện. Từ thực tế này đã dẫn đến nhu cầu nghiên cứu phân tích vận hành hệ thống điện gió nối lưới là cần thiết. Luận văn "Phân tích vận hành hệ thống điện gió nối lưới" được đề xuất nghiên cứu mà bao gồm các nội dung như sau. Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho công tác vận hành hệ thống điện, đặc biệt trong trường hợp hệ thống điện có xem xét các nguồn năng lượng tái tạo như nguồn năng lượng điện gió. Trong luận văn này máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép được lựa chọn trong khảo sát của hệ thống điện. Đây là một trong những loại máy phát điện được sử dụng phổ biến trong hệ thống điện gió công suất lớn. + Chương 1: Giới thiệu chung + Chương 2: Cơ sở lý thuyết phân tích hệ thống điện gió + Chương 3: Mô hình toán của máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép + Chương 4: Mô phỏng phân tích vận hành hệ thống điện gió nối lưới + Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai
Abstract Analyzes show that the potential for wind power is very high and more and more are allowed to participate in the source structure of the power system. This fact has led to the demand for research and analysis of the operation of grid connected wind power systems. The thesis "Operation analysis of grid-connected wind power systems" is proposed research that includes the following contents. Research results are the basis for the operation of the power system, especially in the case of power systems considering renewable energy sources such as wind power. In this thesis, doubly-fed induction generator (DFIG) is selected to research for the power system including wind energy sources. This is one of the generators commonly used in wind power systems with a high power. The thesis contents are: + Chapter 1: Introduction + Chapter 2: Background to analysis of wind power systems + Chapter 3: Mathematic model of a doubly-fed induction generator + Chapter 4: Simulation result + Chapter 5: Conclusion and future work
i MỤC LỤC Mục lục ...................................................................................................... i Danh sách hình vẽ .................................................................................... iii Danh sách bảng .........................................................................................vi Chương 1 - Giới thiệu chung ...................................................................1 1.1. Giới thiệu ............................................................................................1 1.2. Tiềm năng và tình hình khai thác điện gió tại Việt Nam ......................7 1.3. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước .......................................8 1.4. Mục tiêu đề tài .................................................................................. 13 1.5. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 13 1.6. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 13 1.7. Bố cục của luận văn .......................................................................... 13 Chương 2 - Cơ sở lý thuyết phân tích hệ thống điện gió ...................... 14 2.1. Giới thiệu .......................................................................................... 14 2.2. Cấu tạo của hệ thống tuabin gió ....................................................... 15 2.3. Trụ đỡ tuabin gió ............................................................................... 16 2.4. Cánh quạt và trục cánh quạt .............................................................. 18 2.5. Động cơ điều chỉnh cánh quạt và điều khiển hướng tuabin ................ 19 2.6. Hệ thống hãm .................................................................................... 20 2.7. Hộp số chuyển đổi tốc độ và hệ thống điều khiển cánh quạt .............. 21 2.8. Vỏ tuabin .......................................................................................... 21 2.9. Máy phát điện tuabin gió ................................................................... 21 2.10. Phương pháp nối lưới cho hệ thống máy phát điện gió .................... 25 2.11. Phân bố công suất hệ thống điện bằng phương pháp Gauss - Seidel . 26 2.12. Phân bố công suất hệ thống điện bằng phương pháp Newton - Raphson ................................................................................................................. 28
ii Chương 3 - Mô hình toán của máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép ............................................................................................... 33 3.1. Giới thiệu .......................................................................................... 33 3.2. Mô hình toán tuabin gió .................................................................... 33 3.3. Biến đổi các đại lượng pha sang đại lượng vector không gian ........... 35 3.4. Mô hình toán của máy phát điện không đồng bộ nguồn kép trong hệ trục tọa độ tĩnh αβ ................................................................................... 38 3.5. Mô hình toán của máy phát điện không đồng bộ nguồn kép trong hệ trục tọa độ quay dp ................................................................................... 41 3.6. Điều khiển công suất của DFIG ......................................................... 43 Chương 4 - Mô phỏng phân tích vận hành hệ thống điện gió nối lưới 50 4.1. Giới thiệu .......................................................................................... 50 4.2. Kết quả mô phỏng ............................................................................. 71 4.2.1. Tốc độ gió không đổi ..................................................................... 72 4.2.2. Tốc độ gió thay đổi ........................................................................ 77 4.2.3. Tốc độ gió thay đổi và ngắn mạch 3 pha tại thanh cái B25 ............. 83 Chương 5 - Kết luận và hướng phát triển tương lai ............................. 88 5.1. Kết luận ............................................................................................. 88 5.2. Hướng phát triển tương lai ................................................................. 88 Tài liệu tham khảo .................................................................................. 89
iii DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.1. Các dạng tuabin gió .................................................................. 14 Hình 2.2. Cấu tạo của hệ thống tuabin gió trục ngang .............................. 15 Hình 2.3. Cột thép tròn ............................................................................. 16 Hình 2.4. Cột tháp khung gian ................................................................. 17 Hình 2.5. Cột tháp dạng dây nối đất ......................................................... 18 Hình 2.6. Cánh quạt ................................................................................. 18 Hình 2.7. Trục cánh quạt .......................................................................... 19 Hình 2.8. Động cơ điều chỉnh góc nghiêng của cánh tuabin ..................... 19 Hình 2.9. Động cơ điều chỉnh hướng tuabin ............................................. 20 Hình 2.10. Hệ thống hãm tuabin .............................................................. 20 Hình 2.11. Hộp số chuyển đổi tốc độ ....................................................... 21 Hình 2.12. Võ tuabin ................................................................................ 21 Hình 2.13. Đặc tính moment quay của máy điện không đồng bộ .............. 23 Hình 2.14. Hệ thống điện tuabin gió sử dụng máy phát điện DFIG .......... 24 Hình 2.15. Mô hình kết nối nhà máy điện gió vào lưới điện ..................... 25 Hình 3.1. Đặc tính của Cp(λ, β) ................................................................ 34 Hình 3.2. Nguyên lý vector trong không gian ........................................... 36 Hình 3.3. Trục của dây quấn stator và rotor trong hệ trục dq .................... 41 Hình 3.4. Sơ đồ tương đương mô hình toán của DFIG trong hệ trục tọa độ tham chiếu dq quay với tốc độ đồng bộ .................................................... 43 Hình 3.5. Sơ đồ điều khiển dòng công suất trao đổi giữa stator DFIG và lưới điện .................................................................................................. 44 Hình 3.6. Định hướng hệ trục tọa độ dq theo vectơ điện áp lưới ............... 44 Hình 3.7. Giản đồ vectơ điện áp lưới và vectơ từ thông stator .................. 46 Hình 3.8. Giản đồ vectơ dòng, áp và từ thông của DFIG .......................... 47 Hình 3.9. Giá trị tham chiếu điều khiển dòng điện stator được tính từ công suất đặt .................................................................................................... 48
iv Hình 4.1. Hệ thống điện gió nối lưới ........................................................ 51 Hình 4.2. Mô hình nhà máy điện gió 9 MW với 6 tuabin gió 1,5 MW ...... 51 Hình 4.3. Thông số máy phát điện DFIG của nhà máy điện gió ............... 52 Hình 4.4. Thông số tuabin gió của nhà máy điện gió ................................ 53 Hình 4.5. Đặc tính công suất của tuabin gió ............................................. 54 Hình 4.6. Thông số điều khiển hệ thống điện tuabin gió ........................... 55 Hình 4.7. Các mô hình đường dây của hệ thống điện gió ......................... 56 Hình 4.8. Các thông số của 2 mô hình đường dây 10 km và 20 km .......... 58 Hình 4.9. Máy biến áp kết nối nhà máy điện gió với lưới điện ................. 59 Hình 4.10. Máy biến áp nối lưới điện với hệ thống điện ........................... 60 Hình 4.11. Hệ thống điện ......................................................................... 63 Hình 4.12. Máy biến áp nối đất qua điện trở tạo trung tính giả ................. 64 Hình 4.13. Tải 500 kW ............................................................................. 65 Hình 4.14. Hệ thống tải ............................................................................ 67 Hình 4.15. Máy biến áp phân phối của hệ thống tải .................................. 68 Hình 4.16. Tải trở của hệ thống tải ........................................................... 69 Hình 4.17. Tải động cơ của hệ thống tải ................................................... 69 Hình 4.18. Thông số tải động cơ của hệ thống tải ..................................... 70 Hình 4.19. Tụ bù nâng cao hệ số công suất .............................................. 71 Hình 4.20. Tốc độ gió không đổi .............................................................. 72 Hình 4.21. Điện áp thứ tự thuận tại thanh cái B575 với tốc độ gió không đổi ........................................................................................................... 72 Hình 4.22. Cường độ dòng điện thứ tự thuận tại thanh cái B575 với tốc gió không đổi ........................................................................................... 73 Hình 4.23. Góc nghiêng cánh tuabin gió với tốc độ gió không đổi ............ 73 Hình 4.24. Điện áp thứ tự thuận tại thanh cái B2300 của hệ thống tải với tốc độ gió không đổi ................................................................................ 74 Hình 4.25. Cường độ dòng điện thứ tự thuận tại thanh cái B2300 của hệ thống tải với tốc độ gió không đổi ............................................................ 74 Hình 4.26. Tốc độ động cơ tải của hệ thống tải tại thanh cái B2300 với
v tốc độ gió không đổi ................................................................................ 75 Hình 4.27. Tốc độ gió thay đổi ................................................................. 77 Hình 4.28. Điện áp thứ tự thuận tại thanh cái B575 với tốc độ gió thay đổi ........................................................................................................... 78 Hình 4.29. Cường độ dòng điện thứ tự thuận tại thanh cái B575 với tốc độ gió thay đổi .............................................................................................. 78 Hình 4.30. Góc nghiêng cánh tuabin gió với tốc độ gió thay đổi .............. 79 Hình 4.31. Điện áp thứ tự thuận tại thanh cái B2300 của hệ thống tải với tốc độ gió thay đổi ................................................................................... 79 Hình 4.32. Cường độ dòng điện thứ tự thuận tại thanh cái B2300 của hệ thống tải với tốc độ gió thay đổi ............................................................... 80 Hình 4.33. Tốc độ động cơ tải của hệ thống tải tại thanh cái B2300 với tốc độ gió thay đổi ................................................................................... 80 Hình 4.34. Điện áp thứ tự thuận tại thanh cái B575 với tốc độ gió thay đổi và ngắn mạch 3 pha tại thanh cái B25 ...................................................... 83 Hình 4.35. Cường độ dòng điện thứ tự thuận tại thanh cái B575 với tốc độ gió thay đổi và ngắn mạch 3 pha tại thanh cái B25 ................................... 84 Hình 4.36. Điện áp thứ tự thuận tại thanh cái B2300 của hệ thống tải với tốc độ gió thay đổi và ngắn mạch 3 pha tại thanh cái B25 ........................ 84 Hình 4.37. Cường độ dòng điện thứ tự thuận tại thanh cái B2300 với tốc độ gió thay đổi và ngắn mạch 3 pha tại thanh cái B25 .............................. 85 Hình 4.38. Tốc độ động cơ tải của hệ thống tải tại thanh cái B2300 với tốc độ gió thay đổi và ngắn mạch 3 pha tại thanh cái B25 .............................. 85
vi DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1. Sự phát triển của tuabin gió từ 1995 đến 2015 ............................1 Bảng 1.2. Lịch sử tuabin gió ......................................................................4 Bảng 1.3. Hoạt động của các tuabin gió loại công suất lớn .........................5
1 Chương 1 Giới thiệu chung 1.1. Giới thiệu Năng lượng gió được sử dụng cách đây 3.000 năm. Đến đầu thế kỉ 20, năng lượng gió được dùng để cung cấp năng lượng cơ học như bơm nước hay xay ngũ cốc. Vào đầu kỉ nguyên công nghiệp hiện đại, nguồn năng lượng gió được sử dụng để thay thế năng lượng hóa thạch hay hệ thống điện nhằm cung cấp nguồn năng lượng thích hợp hơn. Đầu những năm 1970, do khủng hoảng giá dầu, việc nghiên cứu năng lượng gió được quan tâm. Vào thời điểm này, mục tiêu chính là dùng năng lượng gió cung cấp năng lượng điện thay thế cho năng lượng cơ học. Việc này đã làm cho năng lượng gió trở thành nguồn năng lượng đáng tin cậy và thích hợp nhờ sử dụng nhiều kĩ thuật năng lượng khác – thông qua lưới điện dùng như nguồn năng lượng dự phòng. Tuabin gió đầu tiên dùng để phát điện được phát triển vào đầu thế kỉ 20. Kĩ thuật này được phát triển từng bước một từ đầu những năm 1970. Cuối những năm 1990, năng lượng gió trở thành một trong những nguồn năng lượng quan trọng nhất. Trong những thập kỉ cuối của thế kỉ 20, tổng năng lượng gió trên toàn thế giới tăng xấp xỉ gấp đôi sau mỗi 3 năm. Chi phí điện từ năng lượng gió giảm xuống còn 1/6 so với chi phí của đầu những năm 1980. Và xu hướng giảm này vẫn tiếp tục. Các chuyên gia dự đoán rằng tổng năng lượng tích lũy trên toàn thế giới hằng năm sẽ tăng khoảng 25% một năm và chi phí sẽ giảm khoảng 20% - 40%. Kĩ thuật năng lượng gió phát triển rất nhanh vể mọi mặt. Cuối năm 1989, việc chế tạo một tuabin gió công suất 300 kW, có đường kính rotor 30 m đòi hỏi kĩ thuật tối tân. Nhưng chỉ trong 10 năm sau đó, một tuabin gió công suất 2.000 kW có đường kính rotor vào khoảng 80 m đã được sản xuất đại trà. Tiếp theo đó, dự án dùng tuabin gió công suất 3 MW có đường kính rotor 90 m được lắp đặt vào cuối thế kỉ 20. Hiện tại, tuabin gió công suất 3 – 3,6 MW đã
2 được thương mại hóa. Bên cạnh đó, tuabin gió công suất 4 – 5 MW đã được phát triển hay chuẩn bị kiểm tra trong một số dự án và tuabin gió công suất 6 – 7 MW đang được phát triển trong tương lai gần. Bảng 1.1 trình bày về sự phát triển của tuabin gió từ năm 1985 đến năm 2015. Bảng 1.1. Sự phát triển của tuabin gió từ 1985 đến 2015 Năm Công suất (kW) Đường kính rotor (m) 1985 50 15 1989 300 30 1992 500 37 1994 600 46 1998 1.500 70 2003 3.000 – 3.600 90 – 104 2015 4.500 – 5.000 112 – 128 Lịch sử phát triển năng lượng gió được chia làm hai phần: + Sử dụng tài nguyên tự nhiên gió để tạo ra năng lượng cơ học. + Sử dụng tài nguyên tự nhiên gió để tạo ra năng lượng điện. a. Sản xuất năng lượng cơ học Cối xay sớm nhất được ghi nhận là cối xay gió trục đứng. Những cối xay gió này có thể được miêu tả như một thiết bị kéo đơn giản. Chúng được dùng ở vùng cao nguyên Afghan để xay ngũ cốc từ thế kỉ thứ 7 trước công nguyên. Chi tiết đầu tiên về cối xay gió trục ngang được tìm thấy trong tài liệu lịch sử ở vùng Persia, Tibet và Trung Quốc vào khoảng 1.000 năm sau công nguyên. Loại cối xay gió này cán và cánh ngang xoay vòng trong mặt phẳng đứng. Cối xay gió trục ngang trải dài từ vùng Ba Tư và Trung Đông đến vùng Midterranean và trung tâm Châu Âu. Cối xay gió trục ngang đầu tiên xuất hiện ở Anh vào khoảng năm 1150, 1180 ở Pháp, 1190 ở Phần Lan, 1222 ở Đức và 1259 ở Đan Mạch. Sự phát triển nhanh chóng là do bị ảnh hưởng do cuộc viễn
3 chinh chữ thập (ở Châu Âu), được biết đến như sự kiện lịch sử về cối xay gió từ Ba Tư đến nhiều nơi ở Châu Âu. Ở Châu Âu, cối xay gió được phát triển vào khoảng giữa thế kỉ 12 và thế kỉ 19. Vào cuối thế kỉ 19, đặc trưng của cối xay gió Châu Âu là dùng cánh quạt có đường kính 25 m, và thân đạt tới 30 m. Cối xay gió không chỉ dùng để xay ngũ cốc mà còn dùng để tiêu nước ở hồ và đầm lầy. Tới năm 1800, có khoảng 20.000 cối xay gió hoạt động ở Pháp, và 90% năng lượng dùng trong công nghiệp ở Hà Lan là sử dụng năng lượng gió. Việc công nghiệp hóa đã làm suy giảm dần việc sử dụng cối xay gió, nhưng trong năm 1904 năng lượng gió vẫn cung cấp 11% trong công nghiệp năng lượng ở Hà Lan và ở Đức có hơn 18.000 đơn vị. Khi cối xay gió bắt đầu suy giảm ở Châu Âu, thì cối xay gió mới có mặt ở Bắc Mĩ nhờ những người khai hoang. Cối xay gió nhỏ dùng để bơm nước cho thú nuôi là phổ biến. Nổi tiếng nhất là cối xay gió của người Mĩ, hoạt động tự điều chỉnh có nghĩa là chúng có thể hoạt động mà không suy giảm. Cơ chế tự điều chỉnh hướng cánh quạt theo hướng gió trong lúc vận tốc gió cao. Kiểu cối xay gió của Châu Âu thường phải xoay ra theo hướng gió hay cánh quạt cuốn lại khi có gió lớn để tránh phá hủy cối xay gió. Sự phổ biến của cối xay gió đạt đỉnh điềm vào giữa năm 1920 và năm 1930, với khoảng 60.000 đơn vị được lắp đặt. Nhiều kiểu cối xay gió của người Mĩ hiện vẫn được sử dụng cho mục đích nông nghiệp trên toàn thế giới. b. Sản xuất năng lượng điện Trong năm 1891, Dane Poul LaCour đã chế tạo tuabin gió đầu tiên phát ra điện. Các kĩ sư Đan Mạch đã phát triển kĩ thuật để bổ sung năng lượng thiếu trong chiến tranh thế giới thứ nhất và thứ hai. Tuabin gió của công ty Đan Mạch, F. L. Smidth chế tạo trong năm 1941 – 1942 có thể được xem là nguyên mẫu đầu tiên của tuabin gió phát điện ngày nay. Tuabin gió Smidth đầu tiên sử dụng cánh máy bay dựa trên kĩ thuật tiên tiến của ngành máy bay cùng thời. Vào cùng thời điểm đó, một người Mĩ Palmer Putnam đã chế tạo tuabin gió khổng lồ cho Công ty Mĩ Morgan Smith Co., có đường kính 53 m. Tuabin gió
4 này không chỉ khác ở kích thước to lớn mà kĩ thuật chế tạo cũng khác biệt. Kĩ thuật của người Đan Mạch cơ bản dựa trên cánh quạt theo chiều gió đang thổi với sự điều khiển ngừng quay, hoạt động ở tốc độ chậm. Kĩ thuật của Putnam cơ bản dựa trên cánh quạt theo hướng gió thổi với bộ điều chỉnh tốc độ. Tuy nhiên, tuabin gió của Putnam vẫn chưa thành công. Nó được dỡ bỏ vào năm 1945. Bảng 1.2 trình bày tổng quan về lịch sử của tuabin gió. Bảng 1.2. Lịch sử tuabin gió Diện Công Tuabin và Đường Công Số Chiều tích suất Ngày nước sản kính suất cánh cao tháp quét riêng ra đời xuất (m) (kW) quạt (m) (m2) (kW/m2) Poul LaCour, 23 408 18 0,04 4 34 1891 Đan Mạch Smith – Putnam, 53 2.231 1.250 0,56 2 34 1941 USA F.L. Smidth, 17 237 0,21 3 24 1941 Đan Mạch F. L. Smidth, 24 456 70 0,15 3 24 1942 Đan Mạch Gedser, Đan 24 452 200 0,44 3 25 1957 Mạch Hutter, Đức 34 908 100 0,11 2 22 1958 Sau chiến tranh thế giới thứ hai, ở Đan Mạch, Johannes Juul đã cải tiến kĩ thuật thiết kế của người Đan Mạch. Tuabin gió của anh ta, được đặt ở Gedser – Đan Mạch, phát 2,2 triệu kWh từ năm 1956 và 1967. Vào cùng thời điểm đó, gia đình German Hutter đã phát triển một kĩ thuật thiết kế mới. Tuabin gió gồm 2 cánh mỏng bằng nhựa đón theo hướng gió thổi của tháp trên trục quay. Tuabin gió này nổi tiếng về hiệu suất cao.
5 Trái lại sự thành công của tuabin gió Juul và Huuter, việc nghiên cứu tuabin gió công suất lớn bị ngưng sau chiến tranh thế giới thứ hai. Chỉ có loại tuabin gió công suất nhỏ cho hệ thống công suất ở vùng sâu vùng xa hay sạc pin là còn được quan tâm. Việc khủng hoảng giá dầu đầu những năm 1970, năng lượng gió mới được quan tâm trở lại. Kết quả là tài chính hỗ trợ cho nghiên cứu và phát triển năng lượng gió đã được đầu tư. Các nước như Đức, Mĩ và Thụy Điển đã nghiên cứu phiên bản tuabin gió công suất lớn (vào khoảng MegaWatt). Bảng 1.3. Hoạt động của các tuabin gió loại công suất lớn Công Diện Đường Công Giờ suất Thời Tuabin và tích kính suất hoạt đã gian hoạt nước sản xuất quét (m) (MW) động phát động (m2) (GWh) Mod – 1, USA 60 2.827 2 0,75 0,75 1979 – 83 Growian, Đức 100 7.854 3 420 0,75 1981 – 87 Smith – 53 2.236 1,25 695 0,2 1941 – 45 Putnam, USA WTS – 4, USA 78 4.778 4 7.200 16 1982 – 94 Nibe A, Đan 40 1.257 0,63 8.414 2 1979 – 93 Mạch WEG LS – 1, 60 2.827 3 8.441 6 1987 – 82 GB Mod – 2, USA 91 6.504 2,5 8.658 15 1982 – 88 Nasudden I, 75 4.418 2 11.400 13 1983 – 88 Thụy Điển Mod – OA, 38 1.141 0,2 13.045 1 1977 – 82 USA
6 Tjæreborg, Đan 61 2.922 2 14.175 10 1988 – 93 Mạch École, Canada 64 4.000 3,6 19.000 12 1987 – 93 Mod – 5B, 98 7.466 3,2 20.561 27 1987 – 92 USA Maglarp WTS – 78 4.778 3 26.159 34 1982 – 92 3, Thụy Điển Nibe B, Đan 40 1.257 0,63 29.400 8 1980 – 93 Mạch Tvind, Đan 54 2.290 2 50.000 14 1978 – 93 Mạch Tuy nhiên, do mô hình hệ thống hỗ trợ đặc biệt từ chính phủ ở một số nước như Đan Mạch nên việc phát triển trong việc sử dụng năng lượng gió vẫn có những bước tiến. Mô hình hệ thống quan trọng nhất là Public Utility Regulatory Policies Act (PURPA), thông qua bởi Quốc hội Mĩ vào 11/1978. Với động thái này, Tổng thống Carter và Quốc hội hướng tới tăng việc dân dụng hóa sự chuyển đổi năng lượng và hiệu suất và qua đó giảm sự phụ thuộc của quốc gia vào năng lượng hóa thạch. PURPA kết hợp với khoản tín dụng thuế đặc biệt cho hệ thống năng lượng mới nhằm tạo ra bước ngoặt trong công nghiệp năng lượng gió đầu tiên trong lịch sử. Dọc theo dãy núi phía Đông của Francisco và phía Đông Bắc của Los Angeles, nhà máy điện gió rộng lớn được thiết lập. Hơn một năm, kích thước của tuabin gió tăng lên khoảng 200 kW vào cuối những năm 1980. Hầu hết, tuabin gió đều được nhập từ Đan Mạch, nơi công ty Poul LaCour và Johannes Juul đã có những bước tiến xa trong kĩ thuật thiết kế tuabin gió hướng theo chiều gió đang thổi với bộ điều chỉnh tốc độ. Vào cuối những năm 1980, khoảng 15.000 tuabin gió công suất trên khoảng 1.500 MW được lắp đặt ở California. Cũng vào thời điểm này, tài chính hỗ trợ cho năng lượng gió giảm xuống ở Mĩ nhưng tăng lên ở Châu Âu và sau đó là Ấn Độ. Trong những năm 1990, Châu Âu hỗ trợ mô hình dựa chủ yếu trên thuế nuôi cố định cho sản xuất