Báo Cáo Tiểu Luận Môn Các Nguồn Năng Lượng Tái Tạo Đề Tài Tìm Hiểu Thiết Kế Một Hệ Thống Turbine Gió Kết Nối Lưới Điện.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
Học phần: Các nguồn năng lượng tái tạo

Tìm hiểu thiết kế một hệ thống
turbine gió kết nối lưới điện
Nhóm thực hiện: Nhóm 1

GVHD: TS. Lê Thị Minh Châu

1. Cao Văn Tuấn

20174339

5. Đào Tuấn Khải

2. Ng. Trường Giang

20173809

6. Hoàng Minh Hiếu 20173875

3. Phạm Minh Đức

20173747

7. Phạm Minh Thiện 20174234

4. Trần Ngọc Minh

20174066

8. Lê Ngọc Khánh

20173972

1

20173979


Nội dung

Giới thiệu
chung

Các cơng trình
turbine gió nổi
tiếng

Phần

Phần

01

02

Phần

Phần

03

04

Tìm hiểu thiết
kế hệ thống
turbine gió

Kết luận

2


Nội dung

Giới thiệu
chung

Phần

01

•
•
•

Khái niệm về năng lượng gió
Sự hình thành gió
Ưu điểm và nhược điểm của điện gió

3


1.1. Khái niệm

Giới thiệu chung

NĂNG LƯỢNG GIĨ
Năng lượng gió là động năng
của khơng khí di chuyển trong
bầu khí quyển của Trái Đất.
Năng lượng gió là một hình
thức gián tiếp của năng lượng
mặt trời.
Năng lượng gió được sử dụng
để tạo ra dòng điện.
4


1.2. Sự hình thành gió

Giới thiệu chung

Bức xạ mặt trời

Gió

Sự chênh lệch
nhiệt độ

Bề mặt trái đất

Sự bốc hơi nước

5


1.3. Ưu điểm và nhược điểm của điện gió

Ưu điểm

Giới thiệu chung

Nhược điểm

• Ln ln tồn tại và có thể tái tạo

• Nguồn năng lượng khơng liên tục,
tốn thêm chi phí lưu trữ

• Giảm sự ơ nhiễm khơng khí và mơi
trường và có các tác động mơi trường
khơng lớn như các dạng năng lượng
truyền thống

• Ảnh hưởng đến sinh vật sống,
nhất là sinh vật trên khơng
• Gây ơ nhiễm tiếng ồn cho khu dân cư

• Hiệu quả về mặt kinh tế cả về chi
phí lắp đặt và chi phí vận hành

• Gây nhiễu sóng vơ tuyến, hệ thống
thơng tin hàng khơng , sóng radar,..
6


Nội dung

•
•
•
•

Turbine – Máy phát
Bộ Inverter
Gió và cơng suất turbine gió
Ví dụ

Phần

02

Tìm hiểu thiết
kế hệ thống
turbine gió

7

2.1. Turbine - Máy phát
Turbine gió

là một thiết bị cơ khí đơn giản
tương tự như cối xay gió. Dịng khơng khí tác
động vào cánh của turbine làm turbine quay, và
năng lượng cơ học của chuyển động đó được
truyền dọc theo trục turbine sẽ làm xoay các
thành phần khác của máy phát điện và sinh ra
năng lượng điện.

Tìm hiểu thiết kế hệ thống turbine gió
Máy phát điện

bằng sức gió là thiết bị tạo ra
dòng điện nhờ sức quay cơ học của turbine.
Thành phần quan trọng nhất trong máy phát là
motor điện một chiều; loại dùng nam châm bền và
cánh đón lấy gió. Cịn lại là các bộ phận khác như:
đi lái gió, trục và cột để dựng máy phát, bộ phận
đổi dịng điện để hợp với bình ắc qui và cuối cùng
là 1 chiếc máy đổi điện (inverter) để chuyển điện
từ ắc quy thành điện xoay chiều thông dụng.

8


2.1. Turbine - Máy phát
➢

➢
➢
➢
➢
➢
➢

Là loại turbine phổ biến nhất thị trường hiện nay
Công suất phát điện:~ vài trăm W- vài MW
Dải vận tốc gió hoạt động: 4m/s- 25m/s
Chiều cao cột chống turbine: ~120m (có P lớn)
Số cánh quạt: 2-3 cái
Bán kính cánh quạt: 3m-45m
Số vịng quay cánh quạt: 20-40v/ph

Tìm hiểu thiết kế hệ thống turbine gió

Đặc
điểm

Turbine gió trục ngang (HAWT)

➢ Là loại turbine mới phát triển trong thời gian
gần đây.
➢ Dải vận tốc gió hoạt động: 3m/s- 40m/s
➢ Chiều cao turbine: <30m.
➢ Số cánh quạt: 2- 4 cánh.
➢ Bán kính cánh quạt: 10m

Turbine gió trục đứng (VAWTs)

Phân loại

9


2.1. Turbine - Máy phát
➢Đây là loại turbine có hiệu suất cao nhất
➢Thích hợp với nhiều vận tốc gió khác nhau
➢Hình dạng và kích thước lớn nên địi hỏi
chỉ số an tồn cao.
➢Chỉ thích hợp cho những nơi có vận tốc
gió ổn định do bị giới hạn ở một góc quay
nhất định

Tìm hiểu thiết kế hệ thống turbine gió

Nhận
xét

Turbine gió trục ngang (HAWT)

➢Dải vận tốc gió hoạt động là khá rộng
➢Turbine hoạt động khơng phụ thuộc vào
hướng vận tốc dịng khí nên có thể lắp đặt ử
vị trí có vận tốc gió cao với dịng chảy khơng
ổn định.
➢Có H(VAWTs)=50% H(HAWT) khi hoạt động
ở cùng vận tốc gió

Turbine gió trục đứng (VAWTs)

Phân loại

10


2.2. Bộ Inverter
Khái niệm

Tìm hiểu thiết kế hệ thống turbine gió

DC
____
------

Inverter là cơng nghệ chuyển đổi dịng điện
một chiều thành dòng điện xoay chiều.
Inverter còn được coi như là một biến tần điện.

AC
Ngồi ra, Inverter cịn có tên gọi khác như
bộ lưu điện Ắc quy ngoài, máy đổi điện hay máy kích điện.

11


2.2. Bộ
Inverter
Khái niệm

Tìm hiểu thiết kế hệ thống turbine gió

A: Bộ sạc ắcquy thơng minh 4 giai đoạn dịng 10-50A, tự động điều chỉnh dịng sạc
B: Ắcquy loại kín khí gắn ngoài dung lượng lớn.
C: Bộ Inverter biến đổi điện áp 1 chiều DC thành xoay chiều 220V, 50Hz
D: Bộ ổn áp điện tử ổn áp điện áp trong dải 135VAC – 280VAC.
E: Khóa điện tử bán dẫn

12


2.2. Bộ Inverter
Chức năng

Tìm hiểu thiết kế hệ thống turbine gió

Inverter
Biến đổi thành dịng điện xoay chiều
Sử dụng cơng nghệ inverter điều khiển bởi hệ vi xử lý thông minh
để điều khiển các thiết bị bán dẫn công suất để biến đổi điện áp
một chiều từ ắc quy thành điện áp xoay chiều sóng sin chuẩn
220V/50Hz có dạng sin chuẩn như điện lưới để cung cấp cho các
thiết bị gia đình và văn phịng hoạt động bình thường.

Tích trữ năng lượng bằng ắc quy bằng cách
sạc điện vào ắc quy khi có điện lưới
Mỗi máy đổi điện đều cần có ắc quy đi kèm để hoạt động.
Ắcquy có thể 12VDC hoặc 24VDC / 48VDC /96VDC
tùy thuộc vào quy định của nhà sản xuất.

13


2.2. Bộ Inverter
Một số hãng sử dụng Inverter nổi tiếng

Tìm hiểu thiết kế hệ thống turbine gió

14


2.3 Gió và cơng suất turbine gió

Tìm hiểu thiết kế hệ thống turbine gió

• Các turbin gió chỉ bắt đầu quay tại vận tốc gió 2 – 3 m/s, vận tốc này gọi là vận tốc cắt.
Công suất P của turbine gió tỷ lệ bậc 3 với vận tốc gió và được tính theo cơng thức sau:

P = ½ρAv³
Với: v - vận tốc gió (m/s)
ρ - khối lượng riêng của khơng khí (kg/m3)
A - diện tích bề mặt cánh (m2)
• Cơng suất P của turbine cũng có thể được tính theo cơng thức kinh nghiệm:
P = 0,2D²v³
Trong đó: D - đường kính ngồi của turbine (m)
0,2 - hệ số đặc trưng cho cấu tạo của turbine

15

2.3 Gió và cơng suất turbine gió

Tìm hiểu thiết kế hệ thống turbine gió

✓ Để nghiên cứu tính chất hoạt động của các turbin
gió và khả năng chuyển đổi sức gió người ta đưa
ra hệ số cơng suất, là tỷ số giữa công suất đầu ra
thực tế của turbine với công suất lý thuyết.
✓ Hệ số công suất phụ thuộc vào tỷ số giữa vận tốc
đầu cánh với vận tốc gió (hình bên). Cơng suất
danh nghĩa của turbine gió bị hạn chế việc thiết
kế thường đạt tại vận tốc 10 – 12m/s.
Hoạt động của các rotor gió khác nhau
16


2.4 Ví dụ: Tính tốn thiết kế cơ bản điện
gió trên đảo Phú Quý( Bình Thuận)

Tìm hiểu thiết kế hệ thống turbine gió

Giới thiệu chung:
❖Là dự án phong điện đầu tiên của Việt Nam sử dụng
mơ hình vận hành hỗn hợp gió- diesel, khánh thành
năm 2012.
❖Được xây dựng tại 2 xã Long Hải và Ngũ Phụng.
❖Sản lượng điện hàng năm ~25.4tr kWh
❖Nhà máy phong điện trên đảo Phú Quý có: công suất
P= 6MW; 3 trụ turbine với chiều cao mỗi trụ tháp
turbine là 60m; có 3 cánh quạt với chiều dài mỗi cánh

quạt là 37m.

17


2.4 Ví dụ: Tính tốn thiết kế cơ bản điện
gió trên đảo Phú Quý( Bình Thuận)

Tìm hiểu thiết kế hệ thống turbine gió

• Phú Q-Bình Thuận có t⁰C= 27⁰C, chiều cao cột tháp h=60m, vận tốc gió v= 9-10m/s, bán
kính cánh quạt r = 37m

• 𝜌=
• 𝑃=

353
𝑇+273
𝜋
2

∗𝑒

−ℎ
29,3 𝑇+273

͌ 1,169

∗ 𝑟2 ∗ 𝑣3 ∗ 𝜌

• ➔ 𝑃 ≈ 2 𝑀𝑊
• Dân số trên đảo Phú Qúy ~30000 người
và sản lượng điện tiêu thụ cần đáp ứng
hàng năm là ~ 26tr kWh
→ mức tiêu thụ ~71233kWh/ngày
Thời gian turbine hoạt động ~10h/ngày
→Cần 9 turbine gió ( do hiệu suất phát H=40%)

18


2.4 Ví dụ: Tính tốn thiết kế cơ bản điện
gió trên đảo Phú Q( Bình Thuận)
• Máy phát điện thường được dùng
trong turbine gió là những động cơ
khơng đồng bộ phù hợp với công
suất của turbine theo yêu cầu của
thiết kế.

Tìm hiểu thiết kế hệ thống turbine gió
• Inverter điện áp đầu ra: Bộ Invertơ có cơng suất
= 125% cơng suất tổng tải (loại sóng sin ) có ổn
áp đầu ra 220V xoay chiều khi điện áp vào có dải
từ 150V đến 250V. Có các chế độ tự động bảo
vệ quá dòng điện bằng phần mềm và thiết bị
cứng là các aptomat đóng cắt

19

Sơ đồ đấu nối turbine gió vào lưới điện

20


Nội dung

Các cơng trình
turbine gió nổi
tiếng

Phần

03

21


London Array (Thames – Anh)

Các cơng trình turbine gió nổi tiếng

❖ Gồm 175 turbine x 3,6MW
Tổng công suất đạt 630MW
❖ Các turbine hoạt động với
vận tốc 4 ≤ v ≤ 25 (m/s)

❖ Dự án điện gió lớn nhất TG
❖ Bắt đầu hoạt động từ
4/2013

❖ Đáp ứng cho 490.000 hộ
❖ Giảm ~ 925.000 tấn/năm
lượng khí thải cho nước Anh

22


Các cơng trình turbine gió nổi tiếng

Cánh đồng điện gió (Bạc Liêu)
Bạc Liêu

là nơi cánh đồng điện gió đầu
tiên của Đơng Nam Á cũng là cơng trình
điện gió lớn nhất Việt Nam được xây dựng
trên thềm lục địa

62 trụ gió trên bờ biển,đến giai đoạn
hoàn thành với 71 trụ tổng cộng

Khởi công xây dựng từ 2010

Sản lượng điện dự kiến mỗi năm là 373MW

Tổng chi phí đầu tư lên đến

8900 tỉ đồng
23

Điện gió Tuy Phong (Bình Thuận)

Các cơng trình turbine gió nổi tiếng

Dự án điện gió lớn thứ 2 của
cơng ty cổ phần Năng lượng
tái tạo ( REVN )

Toàn bộ dự án hồn thành
80 turbine với tổng cơng suất
lắp máy đạt được 120MW
Đến nay đã sản xuất được
~85 triệu KW điện và giảm
thiểu chất thải CO2 tới 58000
tấn
24


Kết luận
✓Những năm gần đây, biến đổi khí hậu đang diễn ra một cách
nhanh chóng và khó kiểm sốt mang đến những khó khăn,
thách thức to lớn đối với thế giới thì phát triển năng lượng tái
tạo, thân thiện với mơi trường trong đó có phát triển điện gió là
một trong những giải pháp tối ưu, hữu hiệu và khả thi ở hiện tại
và trong tương lai.
✓Tuy có những hạn chế nhất định nhưng với hệ thống turbine
điện gió hiện tại và sắp được thi công ở Việt Nam sẽ góp phần
đảm bảo an ninh năng lượng cho Việt Nam trong bối cảnh
nước ta đang đối mặt với những khó khăn về nguồn cung than

đá, dầu mỏ, khí đốt và nguồn thủy năng hiện có gần như đã bị
khai thác tối đa.
25