Tiềm năng sử dụng năng lượng gió ở việt nam

Tiềm năng Năng lượng gió ở Việt Nam (ở độ cao 10m)



Bờ biển: Bắc bộ, Trung bộ: W: 800 - 1000 kWh/m2



Đồng bằng Bắc bộ: Theo chiều từ trung du ra biển: 250-800 (1000) kWh/m2



Trung du & núi thấp: W < 200 kWh/m2



Cao nguyên thoáng gió W: 600 kWh/m2



Phía tây Quảng Nam, Quảng Ngãi: 300 kWh/m2



Đông Nam bộ: 600 - 800 kWh/m2



Đồng bằng Nam bộ: 300 - 450 kWh/m2

 Ngoài khơi: 500 - 600 kWh/m2

Diễn biến của mật độ NL Gío trong năm


Trong 1 năm, mật độ NL Gío có luôn luôn không đổi không?
Biến trình năm của NL Gío có dạng tương tự biến trình năm của tốc độ Gío



Nước ta có mấy hướng gió chính?



Khu vực đảo phía Đông ưu thế gió là gió gì?



ở các đảo, đồng bằng bắc bộ: Tiềm năng NL mùa gió đông bắc chiếm ưu thế hơn mùa gió tây nam



ở trung bộ: Sát biển: Gío đông bắc chiếm ưu thế



Đất liền: ưu thế sang mùa gío tây nam



Tây Nguyên: Đông Bắc ưu thế

 Vị trí thấp: Tây Nam


Nam bộ: Ven biển: Đông Bắc
Phía Tây: Tây Nam


2.2 Tiềm năng kỹ thuật của NL Gío






Gío được đo ở đâu, sử dụng thiết bị đo đạc gì?



KN tiềm năng kỹ thuật của NL Gío: NL kỹ thuật (hay còn gọi là tiềm năng tính toán) của gió
là giá trị NL gió tại độ cao của tuabin được tính từ giá trị tốc độ gió tính toán tại mực cao
đó.




Tính NL gió ở độ cao này như thế nào?

ở các trạm quan trắc khí tượng

Độ cao của các trạm quan trắc?
Khoảng 10m
Cột lắp đặt tuabin gió cao?

Lắp hệ thống quan trắc cao - Tốn
Tính theo số liệu quan trắc của trạm khí tượng


Tiềm năng kỹ thuật Gío ở VN phụ thuộc ?:



Địa hình



Tiềm năng NL Gío tại các độ cao phụ thuộc?

Mùa



Mức độ tăng NL gió phụ thuộc tốc độ gió
Tốc độ gió phụ thuộc độ nhám mặt đệm
Độ nhám mặt đệm: Đặc trưng cho mức độ bị che chắn của địa
hình
Địa hình càng bị che chắn, NL Gío biến đổi ntn theo chiều cao?



Địa hình càng bị che chắn, độ tăng NL Gío theo độ cao càng lớn






Các loại địa hình:










Loại hình 1: Các nơi thấp trong vùng núi có độ chia
cắt lớn
Loại hình 2: Trung du và các vị trí tương đối thoáng
trong các vùng núi
Loại hình 3: Đồng bằng
Loại hình 4: Cao nguyên và các vị trí cao ít bị che
chắn trong các vùng núi
Loại hình 5: Duyên hải
Loại hình 6: Hải đảo


Độ lớn của năng lượng gió Wzi tại độ cao Zi = 20m, 40m, 60m so

với mặt đất (Z = 10m) W10 được đánh giá bằng tỉ số Wzi/W10
trong bảng dưới đây
20 (m)

40 (m)

60 (m)

1

2,3 – 2,5

4,5 – 4,8

6,2 – 6,6

2

2,2

4,0 – 4,4

5,6 – 6,1

3

1,9 – 2,1

3,1 – 3,9

4,1 – 5,5

4

1,7 – 1,8

2,8 – 3,0

3,4 – 4,0

5

1,6

2,4 – 2,7

2,9 – 3,3

6

1,4 – 1,5

2,0 – 2,3

2,4 – 2,8

Zi (m)
Loại hình

Tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 40m trên mặt đất


Khoảng nửa diện tích lãnh thổ có tiềm năng lớn hơn 400kWh/m2 năm. Những vùng nghèo tiềm năng
tổng năng lượng năm chưa vượt được 400kWh/m2 là các vùng núi thấp, trung du và phần đồng bằng
Bắc Bộ nằm sâu trong đất liền, vùng phía bắc Trung Bộ (tới Hà Tĩnh), vùng núi thấp trung Trung Bộ,
vùng đất thấp phía tây Tây Nguyên và phần đồng bằng Nam Bộ nằm sâu trong đất liền.



Tổng năng lượng năm lớn hơn 1000kWh/m2 xuất hiện trên các dãy núi cao Hoàng Liên Sơn, vùng núi
cao Tây Nguyên, duyên hải các tỉnh thuộc đồng bằng Bắc Bộ, duyên hải tây Nam Bộ và một số nơi
trên duyên hải Thuận Hải và duyên hải phía đông Nam Bộ.



Trên các hải dảo phía đông lãnh thổ tiềm năng năng lượng khoảng 1500kWh/m2 năm tại các đảo gần
bờ, tăng lên tới hơn 6000kWh/m2 năm tại các đảo xa bờ. Trên các đảo phía nam lãnh thổ tiềm năng
năng lượng chỉ 700-1000kWh/m2.


Tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 60m trên mặt đất


Ở Bắc Bộ, nhiều nơi W>600kWh/m2. Giá trị W>1000kWh/m2 năm có thể thấy trên khu vực tương đối rộng của
Hoàng Liên Sơn, cao nguyên Mộc Châu, phần phía đông tỉnh Lạng Sơn kéo dài theo biên giới Quảng Ninh,
duyên hải và phần đồng bằng kế tiếp của Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình… Trên bờ biển Bắc Bộ,
nhiêu nơi tổng năng lượng năm có thể đạt tới 1300kWh/m2.



Ở Trung Bộ, W>900kWh/m2 có trên dải bờ biển hẹp từ Nghệ An đến các tỉnh khu vực Bình Trị Thiên. Vùng Tây
Nguyên có tiềm năng rất phong phú; W>1400kWh/m2 như Buôn Mê Thuột, Đà Lạt, Đắc Nông, An Khê, đặc biệt
vùng có W>1300kWh/m2 là phía nam Tây Nguyên kéo dài tới bờ biển Nam Trung Bộ.



Duyên hải Nam Bộ có tiềm năng phong phú, vùng có tổng năng lượng năm tới hơn 900kWh/m2 tương đối rộng.
Đặc biệt ở phía tây Nam Bộ, dải năng lượng này nằm khá sâu trong đất liền. Tại nhiều vị trí ven biển, tổng năng
lượng năm tới hơn 1500kWh/m2.



Trên các hải đảo phía đông lãnh thổ, tổng năng lượng năm khoảng 900-1000kWh/m2 ở gần bờ, tăng lên khi xa
bờ, tại Trường Sa là xấp xỉ 5000kWh/m2 và hơn 7000kWh/m2. Trên các đảo phía nam lãnh thổ, tổng năng lượng
năm chỉ 800-1200kWh/m2.


1.2. Cấu tạo của Tuabin gió







Cấu tạo tuabin gió:

Anemoneter: Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ điều khiển
Blades: Cánh quạt

Brake: Bộ hãm. Dùng để dừng roto trong tình trạng khẩn cấp bằng điện, bằng sức nước hoặc bằng động cơ
Controller: Bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ khởi động động cơ ở tốc độ gió khoảng 8 đến 16 dặm/ 1 giờ và tắt động cơ khoảng
65 dặm/ 1 giờ



Gear box: Hộp bánh răng. Bánh răng được nối trục có tốc độ thấp với trục có tốc độ cao và tăng tốc độ quay từ 30 – 60
vòng/phút tới 1200-1500 vòng/phút













Generator: Máy phát
Hight speed shaft: Trục truyền động tốc độ cao
Low speed shaft: Trục quay tốc độ thấp
Nacelle: Vỏ, gồm Roto và vỏ bọc ngoài, toàn bộ được đặt trên đỉnh trụ. Dùng bảo vệ các thành phần trong vỏ.
Pitch: Bước răng. Cánh được làm nghiêng một ít để giữ cho Roto quay trong gió không quá cao hay quá thấp để tạo ra điện
Rotor: Bao gồm các cánh quạt và trục
Tower: Trụ đỡ. Được làm từ thép hình trụ hoặc lưới thép
Wind direction: Hướng gió
Wind vane: Chong chóng gió để xử lý hướng gió và liên lạc với Yaw drive để định hướng Tuabin

Yaw drive: Dùng để giữ Roto luôn luôn hướng về hướng gió khi có sự thay đổi hướng gió
Yaw motor: Động cơ cung cấp cho Yaw drive định hướng gió


3. TÍNH GIÓ THEO ĐỘ CAO TRONG LỚP SÁT ĐẤT
(DƯỚI 100-200m) VÀ TÍNH NĂNG LƯỢNG GIÓ

3.1 Xác định độ nhám Z0 và hệ số m trong công thức biến đổi gió theo qui luật lũy thừa
3.2 Tính toán tải trọng gió (năng lượng gió) trong lớp sát mặt đệm


3.1 Xác định độ nhám Z0 và hệ số m trong công thức
biến đổi gió theo qui luật lũy thừa


Một trong những đặc trưng cơ bản nhất của lớp biên khí quyển nói chung và của lớp sát đất nói riêng là
profin tốc độ gió. Để tính profin gió có rất nhiều công thức thực nghiệm. Song về bản chất vật lý, gió phụ
thuộc vào độ nhám của mặt đệm và tầng kết khí quyển mà chúng được xác định bằng nhiều cách khác nhau.
Dưới đây chúng ta xem xét ý nghĩa của độ nhám Z0.

Z0 = h 0 ρ 0
(Re)0
Ở

V*
=
đây:
v

(Re)0 V* - tốc độ động lực

v - hệ số nhớt
ρ0 (Re)0 - hàm vạn năng không thứ
nguyên
Tham số nhám Z0 có thứ nguyên theo độ dài và chỉ phụ thuộc
vào số Reynold Re0 đối với mặt có độ cao trung bình gồ ghề h0
m0 - hằng số không thứ nguyên


Trong thực hành tính toán giá trị Z được dẫn ra trong bảng
0

Dạng bề mặt

Z0 (cm)

Mặt tuyết rất phẳng hay mặt phẳng

0.001

Tuyết phẳng trên cỏ thấp

0.005

Sa mạc

0.03

Mặt tuyết có bụi cây nhỏ

0.1

Thảm cỏ với độ cao 1,5 cm
3 cm
4.5 cm khi V2=2 m/s
V2=6-8 m/s

0.2
0.7
2.4
1.7

Cỏ cao (60-70 cm) khi

9.0
6.1
3.7

V2 = 1.5 m/s
V2 = 3.5 m/s
V2 = 6.2 m/s

Cây cao khoảng 10 m

100

Công viên

50

Thành phố với nhà tầng cao

100


Bài toán
Một kết quả nghiên cứu của nước ngoài cho thấy ban
ngày tốc độlnZ
gió- lnZ
biểu
thị tốt theo qui luật lũy thừa, còn ban
0
V10 *quy luật loga.
đêm theo
ln 10 - lnZ0
Bài toán đặt ra là với số liệu quan trắc về gió và dựa trên
công thức gió sát đất sau để tính Z0 và m trong các công
thức dưới đây:
VZ =

(1)


Xác định điều kiện chọn số liệu để tính toán



Khi lặng gió thì những số liệu này không tham gia vào tính toán.
Với giả thiết gió sát đất được xác định theo công thức (1). Vậy từ (1) ta có
(3)

VZ * lnZ * -lnZ
= ở dưới 10m.
Ở đây V *_ tốc độ gió tại mục tiêu quan trắc
Z
V10minh được
ln 10 - lnZ0
Vì Z nhỏ hơn 1, từ (3) dễ dàng chứng
0





> 0.3

Mặt khác V





10

> V * vậy
Z
1>

VZ *
V10
>0.3

V
V10

Điều kiện (4) được sử dụng để chọn số liệu trong tính
Z * toán
V

i-1

≤V

i


Cách xác tính Z0 và hệ số m



Xác định Z



δi = (V *) – (V )
Z i
10 i








V - tốc độ gió ở mức Z* mét có quan trắc
Z
V - tốc độ gió ở mức 10 mét.
10
Chỉ số i: biểu thị lần đo thứ i



0
Dựa trên phương pháp bình phương tối thiểu và công thức tính (1): Kí hiệu a= lnZ

ln Z * −a
δi - sai số giữa giá trị tốc độ gió
ở độ
lnthực
10 −
a cao Z với giá trị lý thuyết.

Lấy tổng theo i cả 2 vế (5) ta thu được
(∑ δi)2 = ∑[(V ) – (V )*
Zi
10

]2

(5)

ln Z * −a
ln 10 − a

0


Cách xác tính Z0 và hệ số m



Bài toán cần xác định a sao cho (∑ δi)2 là cực tiểu.
Sau khi đạo hàm theo a và sau vài phép biến đổi, ta có

ln Z * ∑(V 10) 2 i − ln10 * ∑(V *V )i


a=


2
∑(V 10)  − ∑(V *V )i
Z *



Từ công thức để tính Z :
0





Z = exp(a)
0

Z*

10

10


Cách xác tính Z0 và hệ số m


Xác định hệ số m



Từ công thức (2), với cách làm như trên ta có công thức để tính hệ số m như sau:

∑
(ln
Z
)
−
ln
10
*
∑

(ln
V
)
m=
N *ln(V )
*

Ở đây N là độ dài chuỗi số liệu tính toán

10

Z*


Tính toán gió lớp sát mặt đệm


Trong thực hành người ta thường dùng hai công thức sau:
(3)





lnZ * -lnZ
VZ = V10
Ở đây V , V - tốc độ gió ở độ cao Z và 10m.
Z 10
ln 10 - lnZ0
và công thức lũy thừa.

v =v
Z
10

(4)

Z
 
 10 

m


Việc sử dụng công thức (3) và (4) các nhà khí tượng
nước ngòai đánh giá và kết luận như sau:


Profin tốc độ gió trung bình trong lớp mặt đệm đến độ cao 300m
dùng công thức (4) chính xác hơn công thức (3).



Với gió mạnh ở độ cao 200-300 mét và tầng kết khí quyển ổn
định thì profin gió tính theo công thức lũy thừa (4) chính xác hơn
công thức loga (3).



Profin thẳng đứng của gió trong lớp dưới 300 mét được mô tả

bởi công thức lũy thừa (4) đủ chính xác trong tất cả các trường
hợp với gradient thẳng đứng của nhiệt độ trong lớp này gần
hoặc vượt quá đoạn nhiệt, còn tốc độ gió không lớn hơn 8 m/s.
Độ chính xác của công thức (3) trong lớp dưới 300 mét càng
cao với độ bất ổn định của khí quyển càng lớn.



Với gradient đoạn nhiệt và siêu đoạn nhiệt trong lớp 300 mét và
tốc độ gió trên 8 m/s profin gió theo công thức loga (3) có độ
cong rõ hơn và sai số lớn.


Tải trọng của gió (năng lượng gió)


Tải trọng của gió, vuông góc với bề mặt thiết bị được xác định

QH = C x q


C - hệ số khí động (hệ số cản trở); q – áp lực tốc độ gió và có dạng.
x




1
ρV 2
2

Ở độ cao trên 10 mét, áp lực gió được tính theo công thức.




q=

q H = k .n.c.q

(5)

(6)

Ở đây k - hệ số chuyển (hiệu chỉnh) từ việc tính ở độ cao 10 mét đến độ cao bất kì cần tính; n - hệ số quá tải
(thường nhận giá trị 1.3); c - hệ số “giật” phụ thuộc vào cấu trúc động lực và mạch động của áp lực gió.


Xác định hệ số k.





Hệ số “chuyển” k ở độ cao Z bất kì trên 10 mét được xác định theo công thức.

2

(7)

 VZ 


k H = 
V10
Từ các công thức gió tính theo độ cao ở mục trên;
dễ dàng xác định k - hệ số chuyển ở độ cao cần tính tải


H
trọng gió.


Bài toán



V




V

10

=8m/s; Z =0,0013; m=0,16 và
0

10

=4m/si; Z =0,02; m=0,16

0

Tính V tại các độ cao (m): 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100