TIÊU CHUẨN QUỐC GIA
TCVN 10687-12:2025
IEC 61400-12:2022
HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ - PHẦN 12: ĐO ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT CỦA TUABIN GIÓ PHÁT
ĐIỆN - TỔNG QUAN
Wind energy generation systems - Part 12: Power performance measurements of electricity
producing wind turbines - Overview
Lời nói đầu
TCVN 10687-12:2025 hoàn toàn tương đương với IEC 61400-12-1:2022;
TCVN 10687-12:2025 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn Quốc gia TCVN/TC/E13 Năng lượng tái tạo biên
soạn, Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam đề nghị, Ủy ban Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Quốc
gia thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.
Bộ TCVN 10687 (IEC 61400) gồm các phần sau:
- TCVN 10687-1:2015 (IEC 61400-1:2014), Tuabin gió - Phần 1: Yêu cầu thiết kế
- TCVN 10687-3-1:2025 (IEC 61400-3-1:2019), Hệ thống phát điện gió - Phần 3-1: Yêu cầu thiết kế
đối với tuabin gió cố định ngoài khơi
- TCVN 10687-3-2:2025 (IEC 61400-3-2:2025), Hệ thống phát điện gió - Phần 3-2: Yêu cầu thiết kế
đối với tuabin gió nổi ngoài khơi
- TCVN 10687-12:2025 (IEC 61400-12:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12: Đo đặc tính công
suất của tuabin gió phát điện - Tổng quan
- TCVN 10687-12-1:2023 (IEC 61400-12-1:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-1: Đo hiệu suất
năng lượng của tuabin gió phát điện
- TCVN 10687-12-2:2023 (IEC 61400-12-2:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-2: Hiệu suất năng
lượng của tuabin gió phát điện dựa trên phép đo gió trên vỏ tuabin
- TCVN 10687-12-3:2025 (IEC 61400-12-3:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-3: Đặc tính công
suất - Hiệu chuẩn theo vị trí dựa trên phép đo
- TCVN 10687-12-4:2023 (IEC TR 61400-12-4:2020), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-4: Hiệu chuẩn
vị trí bằng số đối với thử nghiệm hiệu suất năng lượng của tuabin gió
- TCVN 10687-12-5:2025 (IEC 61400-12-5:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-5: Đặc tính công
suất - Đánh giá chướng ngại vật và địa hình
- TCVN 10687-12-6:2025 (IEC 61400-12-6:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-6: Hàm truyền vỏ
tuabin dựa trên phép đo của tuabin gió phát điện
- TCVN 10687-21:2018 (IEC 61400-21:2008), Tuabin gió - Phần 21: Đo và đánh giá đặc tính chất
lượng điện năng của tuabin gió nối lưới
- TCVN 10687-22:2018, Tuabin gió - Phần 22: Hướng dẫn thử nghiệm và chứng nhận sự phù hợp
- TCVN 10687-24:2015 (IEC 61400-24:2010), Tuabin gió - Phần 24: Bảo vệ chống sét
- TCVN 10687-50:2025 (IEC 61400-50:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 50: Đo gió - Tổng quan
- TCVN 10687-50-1:2025 (IEC 61400-50-1:2022), Hệ thống phát điện gió
- Phần 50-1: Đo gió - Ứng dụng các thiết bị đo lắp trên cột khí tượng, vỏ tuabin và mũ hub
- TCVN 10687-50-2:2025 (IEC 61400-50-2:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 50-2: Đo gió - Ứng
dụng công nghệ cảm biến từ xa lắp trên mặt đất
- TCVN 10687-50-3:2025 (IEC 61400-50-3:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 50-3: Sử dụng lidar
lắp trên vỏ tuabin để đo gió
Lời giới thiệu
Bộ TCVN 10687-12 (IEC 61400-12) bao gồm các tiêu chuẩn được sử dụng để đánh giá và đo các đặc
trưng đặc tính công suất của tuabin gió thuộc mọi loại và kích cỡ.
Mục đích của bộ TCVN 10687-12 (IEC 61400-12) là cung cấp một phương pháp thống nhất đảm bảo
tính nhất quán, chính xác và khả năng tái lập trong phép đo và phân tích đặc tính công suất của
tuabin gió. Các tiêu chuẩn này dự kiến được áp dụng cho:
a) đơn vị sản xuất tuabin gió để đáp ứng các yêu cầu về đặc tính công suất đã được xác định rõ ràng
và/hoặc đáp ứng một hệ thống công bố khả thi;
b) đơn vị mua tuabin gió trong việc xác định các yêu cầu về đặc tính công suất;
c) đơn vị vận hành tuabin gió khi được yêu cầu kiểm tra xác nhận các thông số kỹ thuật về đặc tính
công suất đã công bố hoặc được yêu cầu đều đáp ứng đối với các tổ máy mới hoặc đã được tân
trang lại;
d) đơn vị lập kế hoạch hoặc đơn vị quản lý tuabin gió mà có thể cần xác định chính xác và công bằng
các đặc trưng đặc tính công suất của tuabin gió để đáp ứng các quy định hoặc yêu cầu cấp phép đối
với hệ thống lắp đặt mới hoặc sửa đổi.
Bộ TCVN 10687-12 (IEC 61400-12) đưa ra hướng dẫn đo, phân tích và báo cáo thử nghiệm đặc tính
công suất cho tuabin gió. Các tiêu chuẩn này sẽ mang lại lợi ích cho các bên tham gia vào quá trình
sản xuất, lập kế hoạch, lắp đặt và cấp phép, vận hành, sử dụng, và quản lý tuabin gió. Các kỹ thuật
đo và phân tích chính xác được khuyến nghị trong các tiêu chuẩn này phải được tất cả các bên áp
dụng để đảm bảo rằng việc phát triển và vận hành liên tục các tuabin gió được thực hiện trong môi
trường trao đổi thông tin nhất quán và chính xác liên quan đến đặc tính của tuabin gió. Các tiêu chuẩn
này trình bày các quy trình đo và báo cáo được kỳ vọng sẽ mang lại kết quả chính xác mà những đối
tượng khác có thể nhân rộng. Trong khi đó, người sử dụng các tiêu chuẩn này cần nhận thức được
sự khác biệt về đặc tính hoặc phép đo đặc tính phát sinh từ những thay đổi lớn về trượt gió và luồng
xoáy. Không phải tất cả các phương pháp thử nghiệm được quy định trong bộ TCVN 10687-12 (IEC
61400-12) đều cho phép định lượng tác động của độ trượt gió và luồng xoáy. Do đó, người dùng nên
xem xét ảnh hưởng của những khác biệt này, phương pháp/tiêu chuẩn thử nghiệm thích hợp nhất và
tiêu chí lựa chọn dữ liệu liên quan đến mục đích thử nghiệm trước khi ký hợp đồng đo đặc tính công
suất.
Quy trình hiệu chuẩn, phân loại và đánh giá độ không đảm bảo của thiết bị đo gió dạng cốc và thiết bị
đo gió âm thanh được nêu trong TCVN 10687-50-1 (IEC 61400-50-1). Quy trình hiệu chuẩn, phân loại
và đánh giá độ không đảm bảo của thiết bị cảm biến từ xa được nêu trong TCVN 10687-50-2 (IEC
61400-50-2). Cần đặc biệt chú ý khi lựa chọn thiết bị đo tốc độ gió vì nó có thể ảnh hưởng đến kết
quả thử nghiệm đặc tính công suất.
HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ - PHẦN 12: ĐO ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT CỦA TUABIN GIÓ PHÁT
ĐIỆN - TỔNG QUAN
Wind energy generation systems - Part 12: Power performance measurements of electricity
producing wind turbines - Overview
1 Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn này quy định các quy trình đánh giá các đặc trưng đặc tính công suất của tuabin gió.
Tiêu chuẩn này đưa ra giới thiệu chung về các lựa chọn sẵn có để đo đặc tính công suất, các đánh
giá góp phần được trình bày chi tiết hơn trong các phần khác của bộ TCVN 10687-12 (IEC 61400-12).
Mặc dù tiêu chuẩn này (cùng với các phần khác của bộ TCVN 10687-12 (IEC 61400-12)) cũng quy
định các thông số kỹ thuật của các biến khí tượng (cụ thể là tốc độ gió) cần thiết để đánh giá đặc tính
công suất nhưng các phương pháp và quy trình đo hoặc thu thập dữ liệu tốc độ gió được xác định
trong bộ TCVN 10687-50 (IEC 61400-50).
2 Tài liệu viện dẫn
Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn
ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công
bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).
TCVN 10687-12-1 (IEC 61400-12-1), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-1: Đo đặc tính công suất của
tuabin gió phát điện
TCVN 10687-12-2 (IEC 61400-12-2), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-2: Đặc tính công suất của
tuabin gió phát điện dựa trên phép đo gió trên vỏ tuabin
TCVN 10687-12-3 (IEC 61400-12-3), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-3: Đặc tính công suất - Hiệu
chuẩn vị trí dựa trên phép đo
TCVN 10687-12-5 (IEC 61400-12-5), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-5: Đặc tính công suất - Đánh
giá chướng ngại vật và địa hình
TCVN 10687-12-6 (IEC 61400-12-6), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-6: Hàm truyền vỏ tuabin dựa
trên phép đo của tuabin gió phát điện
TCVN 10687-50 (IEC 61400-50), Hệ thống phát điện gió - Phần 50: Đo gió - Tổng quan
TCVN 10687-50-1 (IEC 61400-50-1), Hệ thống phát điện gió - Phần 50-1: Đo gió - Ứng dụng của các
thiết bị đo lắp trên cột khí tượng, vỏ tuabin và mũ hub
TCVN 10687-50-2 (IEC 61400-50-2), Hệ thống phát điện gió - Phần 50-2: Đo gió - Ứng dụng công
nghệ cảm biến từ xa lắp trên mặt đất
TCVN 10687-50-3 (IEC 61400-50-3), Hệ thống phát điện gió - Phần 50-3: Sử dụng lidar lắp trên vỏ
tuabin để đo gió
3 Thuật ngữ và định nghĩa
Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa dưới đây.
3.1
Sản lượng điện hàng năm (annual energy production)
AEP
Ước tính tổng sản lượng điện của tuabin gió trong thời gian một năm khi áp dụng đường cong công
suất đo được với các phân bố tần suất tốc độ gió tham chiếu khác nhau ở độ cao hub, với giả thiết
mức độ khả dụng là 100 %.
3.2
Bộ dữ liệu (data set)
Tập hợp các dữ liệu được lấy mẫu trong một khoảng thời gian liên tục.
3.3
Sai lệch luồng không khí (flow distortion)
Thay đổi luồng không khí do chướng ngại vật, sự thay đổi địa hình hoặc các tuabin gió khác dẫn đến
tốc độ gió tại vị trí đo gió khác với tốc độ gió tại vị trí của tuabin gió.
3.4
Độ cao hub (hub height)
<của tuabin gió> Độ cao của tâm diện tích quét của rôto tuabin gió so với mặt đất tại tháp.
Chú thích 1: Đối với tuabin gió trục thẳng đứng, độ cao hub được xác định là độ cao của tâm diện tích
quét của rôto so với mặt đất tại tháp.
3.5
Đường cong công suất đo được (measured power curve)
Bảng và đồ thị thể hiện công suất đầu ra ròng đã được đo, hiệu chỉnh và chuẩn hóa của một tuabin
gió là hàm của tốc độ gió đo được, được đo bằng quy trình đo đã xác định rõ ràng.
Chú thích 1: Đối với từng bin, số bộ dữ liệu hoặc số bộ mẫu và tổng của chúng được ghi lại, và giá trị
tham số trung bình trong từng bin được tính.
3.6
Công suất điện tác dụng ròng (net active electric power)
Mức công suất điện đầu ra của tuabin gió được phát vào lưới điện.
3.7
Chướng ngại vật (obstacle)
Chướng ngại làm cản gió và gây sai lệch luồng không khí.
Chú thích 1: Tòa nhà và cây là các ví dụ về chướng ngại vật.
3.8
Đặc tính công suất[1][1] (power performance)
Thước đo khả năng của một tuabin gió để sản xuất ra công suất điện và năng lượng điện.
3.9
Tốc độ gió tương đương qua rôto (rotor equivalent wind speed)
Tốc độ gió tương ứng với thông lượng động năng đi qua diện tích quét của rôto khi có tính đến sự
biến động của tốc độ gió theo độ cao.
Xem: Công thức (3).
3.10
[1][1] Trong bộ TCVN 10687 (IEC 61400), “đặc tính công suất” còn được gọi là “hiệu suất năng lượng”
Vị trí thử nghiệm (test site)
Vị trí của tuabin gió cần thử nghiệm và môi trường bao quanh tuabin.
3.11
Độ không đảm bảo đo (uncertainty in measurement)
Tham số, cùng với kết quả của phép đo, đặc trưng cho sự phân tán của các giá trị mà được gán một
cách hợp lý cho đối tượng đo.
3.12
Thiết bị đo gió (wind measurement equipment)
Dụng cụ đo khí tượng lắp đặt trên cột hoặc thiết bị cảm biến từ xa.
3.13
Độ trượt gió (wind shear)
Sự thay đổi tốc độ gió theo độ cao qua rôto tuabin gió.
3.14
Đổi hướng gió (wind veer)
Thay đổi hướng gió theo độ cao của rôto tuabin gió.
4 Ký hiệu, đơn vị và chữ viết tắt
Ký hiệu hoặc
chữ viết tắt
Mô tả Đơn vị
Adiện tích quét của rôto tuabin gió m2
AEP sản lượng điện hàng năm Wh
Pkin động năng trong gió đi qua phạm vi chiều cao của rôto W
RSD thiết bị cảm biến từ xa
Vtốc độ gió m/s
Vitốc độ gió chuẩn hóa và trung bình trong bin im/s
veq tốc độ gió tương đương đo được m/s
WME thiết bị đo gió
ρmật độ không khí kg/m3
Φđộ ẩm tương đối (phạm vi từ 0 % đến 100 %)
ωvận tốc góc s-1
φhướng gió rad
φhub hướng gió tại độ cao hub rad
φihướng gió tại độ cao irad
5 Tổng quan về phương pháp đo đặc tính công suất
Các đặc trưng về đặc tính công suất của tuabin gió được xác định từ đường cong công suất đo được
và sản lượng điện hàng năm (AEP) ước tính cùng với độ không đảm bảo. Đường cong công suất đo
được, được định nghĩa là mối quan hệ giữa tốc độ gió và công suất đầu ra của tuabin gió, được xác
định bằng cách thu thập các giá trị đo đồng thời của các biến khí tượng (bao gồm tốc độ gió), cũng
như các tín hiệu của tuabin gió (bao gồm công suất đầu ra) tại vị trí thử nghiệm trong một khoảng thời
gian đủ dài để xây dựng cơ sở dữ liệu thống kê có ý nghĩa trên một dải tốc độ gió và trong các điều
kiện gió và khí quyển thay đổi. AEP được tính bằng cách đặt đường cong công suất đo được theo các
phân bố tần suất tốc độ gió chuẩn, giả định rằng có sẵn 100 %.
Phương pháp đo đặc tính công suất được sử dụng trong bộ TCVN 10687-12 (IEC 61400-12) dựa trên
việc xác định đường cong công suất biểu thị công suất được tạo ra so với tốc độ gió, đại diện cho
thông lượng động năng của luồng gió thổi qua diện tích quét của rôto.
Thông lượng động năng (liên quan đến một thời điểm hoặc khoảng thời gian nhất định, thường là 10
min, giả sử rằng tốc độ gió không thay đổi trong thời gian này qua diện tích đón gió thẳng đứng) nói
chung được biểu thị như sau:
(1)
Ở đây, tốc độ gió V, được đo tại một điểm trong không gian trên diện tích rôto, là tốc độ gió ngang.
CHÚ THÍCH 1: Công suất tuabin gió dường như tương quan tốt hơn với định nghĩa tốc độ gió ngang
so với định nghĩa véctơ tốc độ gió đối với phép đo tốc độ gió một điểm trên độ cao hub.
CHÚ THÍCH 2: Nếu tốc độ gió thay đổi (nghĩa là nếu cường độ luồng xoáy lớn hơn 0) trong một
khoảng thời gian nhất định, thì động năng (trung bình trong khoảng thời gian này) cao hơn trong
trường hợp tốc độ gió không đổi, trong khi tuabin gió chỉ có một khả năng hạn chế để biến đổi động
năng bổ sung này thành công suất điện bổ sung. Vấn đề này không được xem xét thêm trong tiêu
chuẩn này. Để đơn giản, các công thức (1), (2), (3) được coi là hiệu quả, ngay cả trong trường hợp
cường độ luồng xoáy lớn hơn 0. Tác động của sự thay đổi tốc độ gió đối với động năng trung bình
theo thời gian và tác động liên quan đến đường cong công suất của tuabin gió được xử lý bằng quy
trình chuẩn hóa luồng xoáy được nêu trong TCVN 10687-12-1 (IEC 61400-12-1).
Tốc độ gió ngang được định nghĩa là độ lớn trung bình của thành phần nằm ngang của vectơ vận tốc
gió tức thời, chỉ bao gồm các thành phần dọc và ngang (nhưng không bao gồm thành phần thẳng
đứng). Khi xem xét một tuabin gió trục ngang, hướng gió cũng được tính đến và động năng trong gió
được hiệu chỉnh theo hướng gió ở độ cao hub:
(2)
Ở đây φhub là hướng gió ở độ cao hub. Hướng gió có thể thay đổi đáng kể theo chiều cao rôto của các
tuabin gió cỡ lớn đối với các điều kiện ổn định khí quyển khắc nghiệt và nó cũng phụ thuộc vào địa
hình tại vị trí.
Tiêu chuẩn này không xem xét độ trượt gió và đổi hướng gió trong mặt phẳng nằm ngang. Do đó, tốc
độ gió tương đương với năng lượng, tương ứng với động năng của gió được suy ra từ công thức của
động năng trong công thức (2) được mô tả như sau:
(3)
Trong đó, chỉ số i là độ cao bên trong khu vực rôto.
CHÚ THÍCH 3: Tuy nhiên, tốc độ gió được đề cập trong tiêu chuẩn này được mặc định là đề cập đến
định nghĩa tốc độ gió theo độ cao hub trừ khi được nêu cụ thể là định nghĩa tốc độ gió tương đương
với năng lượng này.
Mặc dù tốc độ gió ngang được coi là tham số tốc độ gió có ảnh hưởng, nhưng ở những vị trí có luồng
gió không theo chiều ngang đáng kể (luồng gió hướng lên hoặc hướng xuống), có thêm độ không
đảm bảo liên quan đến cả phép đo tốc độ gió ngang và đáp ứng của tuabin gió.
Tại các vị trí có độ trượt gió và đổi hướng gió thấp và đồng nhất qua rôto (và đối với các tuabin có
đường kính rôto nhỏ trong điều kiện luồng gió có thể phức tạp hơn), tốc độ gió đo được ở độ cao hub
có thể là một đại diện tốt của động năng được thu thập bởi rôto. Tốc độ gió ở độ cao hub là tốc độ gió
theo đó các đường cong công suất đã được xác định trước đây trong bộ tiêu chuẩn này. Vì lý do đó,
tốc độ gió được đo ở độ cao hub là định nghĩa mặc định của tốc độ gió và phải luôn được đo và báo
cáo, ngay cả khi có các phép đo toàn diện hơn về tốc độ gió trên chiều cao rôto.
Tại các vị trí và các mùa có điều kiện ổn định khí quyển cực trị thường xuyên xảy ra, nên đo độ trượt
gió. Không phải tất cả các phương pháp đo đường cong công suất có thể cho các số đo độ trượt gió
(ví dụ các phép đo được mô tả ở TCVN 10687-12-2 (IEC 61400-12-2) có thể không cung cấp thông
tin về độ trượt gió). Do đó, việc lựa chọn phương pháp luận đo đường cong công suất có thể suy ra
từ các điều kiện ổn định của khí quyển tại các vị trí cụ thể được dự kiến.
Nếu không đo độ trượt gió và đổi hướng gió trên toàn bộ chiều cao của rôto thì sẽ có thêm độ không
đảm bảo vệ tốc độ gió tương đương. Độ không đảm bảo này giảm khi sử dụng nhiều độ cao để đo tốc
độ gió và hướng gió. Nếu các phép đo chỉ giới hạn ở độ cao hub và không đo độ trượt gió trên các
phần quan trọng nhất của rôto, thì nghĩa là có độ không đảm bảo trong việc xác định tốc độ gió tương
đương.
Đối với các tuabin gió cỡ nhỏ (xem IEC 61400-2), trong đó ảnh hưởng của độ trượt gió và đổi hướng
gió là không đáng kể, tốc độ gió phải được thể hiện bằng phép đo tốc độ gió ở độ cao hub mà không
cần thêm độ không đảm bảo do thiếu các phép đo độ trượt gió và đổi hướng gió.
Đối với tuabin gió trục thẳng đứng, khi không có ảnh hưởng của đổi hướng gió thì có thể bỏ qua đổi
hướng gió.
Vì các điều kiện gió tại vị trí của tuabin thử nghiệm và tại vị trí của phép đo gió có thể khác nhau đáng
kể nếu tuabin thử nghiệm hoặc phép đo gió được đặt ở phía sau của bất kỳ tuabin gió nào, các tình
huống như vậy phải được loại trừ khỏi thử nghiệm. TCVN 10687-12-5 (IEC 61400-12-5) phải được sử
dụng để nhận biết các tình huống bị ảnh hưởng bởi luồng rẽ khí. Ngoài ra, điều kiện gió tại vị trí của