LUẬN văn cơ KHÍ CHẾ BIẾN TÍNH TOÁN THIẾT kế hệ THỐNG bơm nước sử DỤNG sức GIÓ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN CƠ KHÍ
-----  -----

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
BƠM NƯỚC SỬ DỤNG
SỨC GIÓ

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

SINH VIÊN THỰC HIỆN:

Nguyễn Bồng

Huỳnh Phạm Bảo Ngọc MSSV: 1065761
Nguyễn Thị Vân Thắm MSSV: 1065781

Cần Thơ, 12 - 2010


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MÔN: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Cần thơ, ngày 09 tháng 08 năm 2010

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CHO SINH VIÊN
NĂM HỌC: 2010 – 2011

1. Họ và tên cán bộ hướng dẫn: NGUYỄN BỒNG
2. Tên đề tài: Tính toán, thiết kế hệ thống bơm nước sử dụng sức gió
3. Địa điểm thực hiện: Khoa Công Nghệ
4. Số lượng sinh viên thực hiện: 2 sinh viên
5. Họ và tên sinh viên đăng ký thực hiện: Huỳnh Phạm Bảo Ngọc

1065761

Nguyễn Thị Vân Thắm

1065781

6. Mục tiêu của đề tài: Tính toán, thiết kế
7. Các nội dung chính và mục đích của đề tài:
- Tìm hiểu tổng quan về tiềm năng gió trên Thế Giới và Việt Nam
- Tính toán thiết kế xa quạt gió
- Tính toán thiết kế bơm nước
8. Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: 500.000đ

DUYỆT CỦA BỘ MÔN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG LV&TLTN


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MÔN: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

………………***…………….

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
1. Cán bộ hướng dẫn: NGUYỄN BỒNG
2. Đề tài: Tính toán, thiết kế hệ thống bơm nước sử dụng sức gió
3. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Phạm Bảo Ngọc
Nguyễn Thị Vân Thắm

1065761
1065781

4. Lớp: Cơ khí chế biến – Khóa: 32
5. Nội dung nhận xét:
a.Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:

b. Nhận xét về bản vẽ (nếu có):

c. Nhận xét về nội dung của luận văn (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):
* Các nội dung và công việc đã đạt được (so sánh với đề cương của luận văn):

* Những vấn đề còn hạn chế:

d. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung
chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):

e. Kết luận và đề nghị:

6. Điểm đánh giá (cho từng sinh viên)
Cần Thơ, ngày 15 tháng 12 năm 2010
Cán bộ hướng dẫn


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MÔN: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

………………***…………….

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN

1. Cán bộ chấm phản biện: TRẦN VĂN NHÃ

2. Đề tài: Tính toán, thiết kế hệ thống bơm nước sử dụng sức gió
3. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Phạm Bảo Ngọc
Nguyễn Thị Vân Thắm

1065761
1065781

4. Lớp: Cơ khí chế biến – Khóa: 32
5. Nội dung nhận xét:
a.Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:

b. Nhận xét về bản vẽ (nếu có):

c. Nhận xét về nội dung của luận văn (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):
* Các nội dung và công việc đã đạt được (so sánh với đề cương của luận văn):
* Những vấn đề còn hạn chế:

d. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung
chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):

e. Kết luận và đề nghị:

Cần Thơ, ngày 15 tháng 12 năm 2010
Cán bộ chấm phản biện


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
………………***…………….

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN

1. Cán bộ chấm phản biện: NGUYỄN THUẦN NHI
2. Đề tài: Tính toán, thiết kế hệ thống bơm nước sử dụng sức gió
3. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Phạm Bảo Ngọc
Nguyễn Thị Vân Thắm

1065761
1065781

4. Lớp: Cơ khí chế biến – Khóa: 32
5. Nội dung nhận xét:
a.Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:

b. Nhận xét về bản vẽ (nếu có):

c. Nhận xét về nội dung của luận văn (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):
* Các nội dung và công việc đã đạt được (so sánh với đề cương của luận văn):
* Những vấn đề còn hạn chế:

d. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung
chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):

e. Kết luận và đề nghị:

Cần Thơ, ngày 15 tháng 12 năm 2010
Cán bộ chấm phản biện

LỜI CẢM TẠ !

Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:
-

ThS. Nguyễn Bồng, người đã tận tình hướng dẫn, gợi ý và cho những lời khuyên hết
sức bổ ích trong việc nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.

-

Thầy cố vấn học tập Võ Mạnh Duy đã giúp đỡ và tạo điều kiện để chúng em hoàn
thành luận văn.

-

Quý thầy, cô Khoa Công Nghệ - Đại học Cần Thơ đã hết lòng truyền đạt những kiến
thức giúp chúng em có nền tảng để thực hiện luận văn này.

-

Ba, mẹ kính yêu đã hết lòng nuôi con khôn lớn nên người.

Xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ chân tình của bạn bè, đặc biệt là các bạn lớp Cơ Khí Chế
Biến Khóa 32.
TP Cần Thơ, tháng 12, năm 2010.
Sinh viên thực hiện

DANH SÁCH HÌNH

STT

Số hình

Tên hình

Trang

1

Hình 2.1

Cánh dạng khí động

9

2

Hình 2.2

Phân tích vận tốc gió

12

3

Hình 2.3

Phân tích lực

13

4

Hình 2.4

Sự phụ thuộc của moment xoắn vào vận tốc góc

13

5

Hình 2.5

Sự phụ thuộc của công suất vào vận tốc góc

14

6

Hình 2.6

Phân tích tỷ số vận tốc

15

7

Hình 2.7

Đặc tính CP – λ

17

8

Hình 2.8

Đặc tính CT - λ

17

9

Hình 2.9

Hệ số công suất cực đại của xa quạt gió

19

10

Hình 2.10

Ảnh hưởng của tỷ số Cd / Cl đến Cp – max của rotor có số

20

cánh không giới hạn
11

Hình 2.11

Ảnh hưởng của số cánh đến Cp – max với Cd / Cl = 0,03

21

12

Hình 2.12

Ảnh hưởng của số cánh với Cd / Cl = 0,02

22

13

Hình 2.13

Phân tích góc

24

14

Hình 2.14

Kích thước của cánh

25

15

Hình 2.15

Đồ thị đo đạc lực thanh truyền trên bơm CWD 108D

27

16

Hình 2.16

Sơ đồ bơm

28

17

Hình 3.1

Dây cung theo từng mặt cắt

32

18

Hình 3.2

Góc cánh theo từng mặt cắt

33

19

Hình 3.3

Góc cánh cà dây cung theo từng mặt cắt

33

20

Hình 3.4

Sơ đồ bố trí bơm

36

21

Hình 4.1 (a)

Tháp

39

22

Hình 4.1 (b)

Kết cấu tháp

40


23

Hình 4.1 (c)

Ống tháp

40

24

Hình 4.2 (a)

Phần 1

41

25

Hình 4.2 (b)

Phần 2

41

26

Hình 4.2(c)

Phần 3

42

27

Hình 4.2 (d)

Ghép 1,2,3

42

28

Hình 4.2 (e)

Ghép thanh 6, 12, 13

42

29

Hình 4.2 (f)

Ghép thanh 15

42

30

Hình 4.3 (a)

Ghép thanh 16, 17

43

31

Hình 4.3 (b)

Ghép thanh 17, 18, 19, 21, 25

44

32

Hình 4.3 (c)

Ghép thanh 20 và cánh dẫn hướng

44

33

Hình 4.4

Cánh dẫn hướng

45

34

Hình 4.5

Cánh hỗ trợ

45

35

Hình 4.6

Các phần trong thiết bị an toàn

36

Hình 4.7

Vị trí an toàn

48

37

Hình 4.8

Vị trí hoạt động bình thường

48

38

Hình 5.1

Các lực tác dụng lên tháp

50

39

Hình 5.2

Các lực tác dụng lên trục theo phương Y

58

40

Hình 5.3

Các lực và moment xoắn tác dụng lên trục

59

41

Hình 5.4

Đường kính trục lí tưởng

60

42

Hình 5.5

Biểu đồ lực cắt

60

43

Hình 5.6

Biểu đồ moment uốn

60

44

Hình 5.7

Biểu đồ chuyển vị góc

61

45

Hình 5.8

Biểu đồ độ võng

61

46

Hình 5.9

Biểu đồ ứng suất uốn

61

47

Hình 5.10

Biểu đồ ứng suất cắt

62

48

Hình 5.11

Biểu đồ ứng suất xoắn

62

49

Hình 5.12

Biểu đồ ứng suất kéo

62

47 - 48


DANH SÁCH BẢNG

STT

Số bảng

Tựa bảng

Trang

1

Bảng 1.1 Sản lượng năng lượng gió của một số nước (2007)

4

2

Bảng 1.2 Bảng thống kê về năng lượng gió của một số nước

5

Đông Nam Á
3

Bảng 2.1 Các giá trị thiết kế cho một vài dạng cánh khí động

11

4

Bảng 2.2 Chọn số cánh dựa vào λ

23

5

Bảng 3.1 Thông số cánh

29

6

Bảng 3.2 Kết quả giá trị các thông số của từng mặt cắt

30

7

Bảng 3.3 Kết quả tuyến tính

31

8

Bảng 3.4 Kết quả tuyến tính góc cánh

32

9

Bảng 5.1 Độ lớn của các lực tác dụng lên tháp

54

10

Bảng 5.2 Đặc tính của ổ tự lựa SKF 2208E 2RS1K

55


MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG…………………………………………….1

1.1 Đặt vấn đề ………………………………………………………....1
1.2 Mục tiêu của đề tài…………………………………………….2
1.2.1 Mục tiêu chung………………………………………......2
1.2.2 Mục tiêu cụ thể ………………………………………….2
1.3 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu……………………..2
1.3.1 Phương pháp nghiên cứu ………………………………...2
1.3.2 Phương tiện nghiên cứu …………………………………2
1.4 Tiềm năng gió……………………………………………….....2
1.4.1 Tiềm năng gió trên thế giới………………………………2
1.4.2 Tiềm năng gió ở Việt Nam……………………………....4
1.4.3 Những vùng đất giàu gió ở Việt Nam…………………...6
1.5 Những thuận lợi khi sử dụng năng lượng gió……………….....6
1.6 Những khó khăn cho việc khai thác tiềm năng ………………6
1.7 Hệ thống bơm nước năng lượng gió…………………………..7


CHƯƠNG 2 : LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU………………………………………….8
2.1 Năng lượng gió………………………………………………….....8
2.2 Cánh dạng khí động………………………………………………..9
2.3 Đặc tính xa quạt gió……………………………………………....12
2.3.1 Đặc tính moment xoắn và công suất……………………......12
2.3.2 Hệ số công suất……………………………………………..15
2.3.3 Hình thức cơ bản của một cối xay gió đặc trưng…………...16
2.3.4 Hệ số công suất cực đại…………………………………......18
2.4 Thiết kế cánh roto của xa quạt gió………………………………..22
2.5 Lực thanh truyền………………………………………………….26
CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ TÍNH TOÁN………………………………………….29
3.1 Tính toán thiết kế cánh roto………………………………………29
3.2 Tính toán thiết kế bơm……………………………………………33

3.2.1 Công suất xa quạt gió……………………………………….33
3.2.2 Công suất và đường kính bơm……………………………...34
3.2.3 Xác định độ cao hình học z…………………………………36
3.2.4 Xác định lực thanh truyền…………………………………..38
3.3 Tính chiều cao tháp……………………………………………….38


CHƯƠNG 4 : MÔ TẢ KẾT CẤU BỘ PHẬN……………………………………39
4.1 Tháp……………………………………………………………….39
4.2 Kết cấu đầu………………………………………………………..40
4.3 Kết cấu đuôi………………………………………………………43
4.4 Cánh dẫn hướng và cánh hỗ trợ…………………………………..45
4.5 Thiết bị bảo vệ an toàn……………………………………………45

CHƯƠNG 5 : TÍNH BỀN………………………………………………………49
5.1 Tính bền tháp……………………………………………………49
5.2 Tính bền ổ lăn…………………………………………………...55
5.2.1 Ổ lăn trước………………………………………………..56
5.2.2 Ổ lăn sau………………………………………………….56
5.3 Tính bền thanh truyền…………………………………………..57
5.4 Tính bền cánh roto……………………………………………...57
5.5 Tính bền trục roto………………………………………………58

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………………63
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………..64


Chương 1: Giới thiệu chung

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay, khi con người đang đứng trước những vấn đề hết sức nghiêm trọng về môi
trường từ việc sử dụng các nguồn năng lượng truyền thống và những nguồn năng lượng này
cũng đang dần cạn kiệt. Với tốc độ phát triển vũ bão của nền công nghiệp hiện đại thì việc
cung cấp đủ năng lượng đang là vấn đề gây đau đầu cho hầu hết các quốc gia. Trước tình
thế như vậy thì nguồn năng lượng gió là một trong những nguồn năng lượng lý tưởng có thể
giải quyết các vấn đề trên. Thật ra, từ xa xưa con người đã biết sử dụng năng lượng gió làm
lực đẩy cánh buồm, xay các loại hạt, bơm nước…, và hiện nay thì đã có thể biến năng
lượng gió thành năng lượng điện. Trên thế giới việc khai thác năng lượng gió đã phát triển
rất lâu, còn Việt Nam thì chỉ mới phát triển những năm gần đây. Nhưng hầu hết là sử dụng
gió để làm ra điện. Đề tài của chúng tôi không theo hướng điện gió mà sẽ đi theo hướng là
dùng sức gió để bơm nước. Trên thế giới đã có hẳn một dự án nghiên cứu lắp đặt xa quạt
gió dùng để bơm nước, dự án này phát triển mạnh mẽ vào thập niên 70 và 80 của thế kỉ XX,
đi nghiên cứu và lắp đặt rất nhiều các xa quạt gió ở các quốc gia như Hà Lan, Ấn Độ,…và
đã đạt được những thành công nhất định. Việt Nam là một nước nông nghiệp, việc tưới tiêu
đòi hỏi một lượng chi phí không nhỏ cho việc bơm nước bằng điện, với tình trạng thiếu
điện và giá điện cũng như chi phí sản xuất nông nhiệp ngày càng tăng thì việc tiết kiệm điện
cũng như việc giảm bớt chi phí là rất cần thiết. Vì vậy, chúng tôi chọn đề tài là “ tính toán,
thiết kế hệ thống bơm nước sử dụng sức gió”, đề tài này chủ yếu dựa vào mẫu xa quạt gió
TOOL 12 PU500 của TOOL WOOT, tính toán thiết kế lại với một mẫu nhỏ hơn dùng để
bơm nước từ sông lên bể để tưới tiêu cho trồng trọt, chứ không đi sâu vào việc nghiên cứu
phân tích gió tại một nơi lắp đặt cố định nào đó.

SVTH: Huỳnh Phạm Bảo Ngọc – Nguyễn Thị Vân Thắm

1


Chương 1: Giới thiệu chung

1.2 Mục tiêu của đề tài
1.2.1 Mục tiêu chung
Nghiên cứu lý thuyết để định hướng phát triển, sử dụng nguồn năng lượng sạch có khả năng
thay thế một phần các năng lượng truyền thống có thể áp dụng cho vùng đồng bằng Sông
Cửu Long.
1.2.2 Mục tiêu cụ thể
Xây dựng cơ sở lý thuyết về năng lượng gió dùng để vận hành bơm nước .
Tính toán hệ thống thích nghi giữa năng lượng cung cấp (xa quạt gió) và năng lượng tiêu
thụ (bơm).
1.3 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu
1.3.1 Phương pháp nghiên cứu
Tra cứu tài liệu để xây dựng lý thuyết về năng lượng gió để có thể vận hành các thiết bị,
máy móc thích nghi với nguồn năng lượng này.
1.3.2 Phương tiện nghiên cứu
Sử dùng phần mềm Autodesk Inventor để xây dựng kết cấu của hệ thống xa quạt gió và hệ
thống bơm nước và tính toán độ bền của các chi tiết trong hệ thống.
1.4 Tiềm năng gió
1.4.1 Tiềm năng gió trên thế giới
Như chúng ta đã biết, gió là nguồn năng lượng vô tận, và đã được con người sử dụng từ rất
lâu. Từ 5000 năm trước công nguyên loài người đã biết sử dụng sức gió làm lực đẩy các
con tàu trên sông Nil ở Ai Cập. Trong khi đó các dân tộc vùng Trung Đông dùng quạt gió
có trục đứng xay các loại hạt.

SVTH: Huỳnh Phạm Bảo Ngọc – Nguyễn Thị Vân Thắm

2


Chương 1: Giới thiệu chung

Từ xa xưa người Hà Lan đã lợi dụng sức gió để vận hành những chiếc cối xay gió, những
cánh buồm giúp con thuyền lướt sóng mà chẳng hề có động cơ nào cả. Với sự phát triển của
khoa học, những turbine quay bởi sức gió sẽ chuyển thành điện năng cung cấp cho con
người.
Cuối những năm 1970, cuộc khủng hoảng năng lượng đã buộc con người phải tìm các
nguồn năng lượng mới để thay thế, một trong số đó là năng lượng gió. Những năm về sau
rất nhiều các chương trình nghiên cứu và phát triển nguồn năng lượng gió được thực hiện
với nguồn tài trợ từ các chính phủ.
Ngày nay, khi con người đang đứng trước những vấn đề hết sức nghiêm trọng về môi
trường từ việc sử dụng các nguồn năng lượng truyền thống. Thêm vào đó, các nguồn năng
lượng này cũng đang ngày một bị cạn kiệt. Trước tình thế như vậy thì nguồn năng lượng
gió là nguồn năng lượng lý tưởng.
Công suất định mức lắp đặt trên thế giới
Trong số 20 thị trường lớn nhất trên thế giới, chỉ riêng Châu Âu đã có 13 nước với Đức là
nước dẫn đầu về công suất của các nhà máy dùng năng lượng gió với khoảng cách xa so với
các nước còn lại. Tại Đức, Đan Mạch và Tây Ban Nha việc phát triển năng lượng gió liên
tục trong nhiều năm qua được nâng đỡ bằng quyết tâm chính trị. Nhờ vào đó mà một ngành
công nghiệp mới đã phát triển tại ba quốc gia này. Công nghệ Đức (bên cạnh các phát triển
mới từ Đan Mạch và Tây Ban Nha) đã được sử dụng trên thị trường nhiều hơn trong những
năm vừa qua.

SVTH: Huỳnh Phạm Bảo Ngọc – Nguyễn Thị Vân Thắm

3


Chương 1: Giới thiệu chung

Bảng 1.1 Sản lượng năng lượng gió của một số nước (2007)

Số thứ tự

Quốc gia

Công suất (MW)

01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

Đức
Mỹ
Tây Ban Nha

Ấn Độ
Trung Quốc
Đan Mạch
Ý
Pháp
Anh
Bồ Đào Nha
Canada
Hà Lan
Nhật
Áo
Hy Lạp
Úc
Ai Len
Thụy Điển
Na uy
Newzeland
Thế giới

22.247
16.818
15.145
8.000
6.050
3.125
2.726
2.454
2.389
2.150
1.846

1.746
1.538
982
871
824
805
788
333
322
94.112

1.4.2 Tiềm năng gió ở Việt Nam
Nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam có một thuận lợi cơ
bản để phát triển năng lượng gió. So sánh tốc độ gió trung bình trong vùng Biển Đông Việt
Nam và các vùng biển lân cận cho thấy gió tại Biển Đông khá mạnh và thay đổi nhiều theo
mùa .
Trong chương trình đánh giá về năng lượng cho Châu Á, Ngân hàng Thế giới đã có một
khảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam. Theo tính
toán của nghiên cứu này, trong bốn nước được khảo sát thì Việt Nam có tiềm năng gió lớn
nhất và hơn hẳn các quốc gia lân cận là Thái Lan, Lào và Campuchia. Trong khi Việt Nam
có tới 8,6% diện tích lãnh thổ được đánh giá có

SVTH: Huỳnh Phạm Bảo Ngọc – Nguyễn Thị Vân Thắm

4


Chương 1: Giới thiệu chung

tiềm năng từ “tốt“ đến “rất tốt“ để xây dựng các trạm điện gió cỡ lớn thì diện tích này ở

Campuchia là 0,2%, ở Lào là 2,9%, và ở Thái-lan cũng chỉ là 0,2%. Tổng tiềm năng điện
gió của Việt Nam ước đạt 513.360 MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện
Sơn La, và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020. Sau đây là
bảng thống kê về năng lượng gió của một số nước Đông Nam Á :
Bảng 1.2 Bảng thống kê về năng lượng gió của một số nước Đông Nam Á
Đất nước

Đặc điểm

Campuchia Diện tích đất
(km 2)
% Tổng
diện tích đất
Tiềm năng
MW
Lào
Diện tích đất
(km 2)
% Tổng
diện tích đất
Tiềm năng
MW
Thái Lan
Diện tích đất
(km 2)
% Tổng
diện tích đất
Tiềm năng
MW
Việt Nam Diện tích đất

(km 2)
% Tổng diện
tích đất
Tiềm
năng
MW

Kém
(<6m/s)

Vừa phải
(6-7m/s)

Tốt
Rất tốt
(7-8m/s) (8-9m/s)

Tuyệt vời
(>9m/s)

175468

6155

315

30

0

96,4%

3,4%

0,2%

0,00%

0,00%

Không
có sẵn
184511

24620

1260

120

0

38787

6070

671

35

80,20%

16,90%

2,60%

0,30%

0,00%

Không
có sẵn
477157

155148

24280

2684

140

37337

748

13

0

92,60%

7,20%

0,2%

0,00%

0,00%

Không
có sẵn
197342

149348

2992

52

0

100361

25679

2187

113

60,60%

30,80%

7,90%

0,70%

0,00%

NA

401444

102716

8748

452

SVTH: Huỳnh Phạm Bảo Ngọc – Nguyễn Thị Vân Thắm

5


Chương 1: Giới thiệu chung

1.4.3 Những vùng đất giàu gió ở Việt Nam
Ở Việt Nam, các khu vực có thể phát triển năng lượng gió không trải đều trên toàn bộ lãnh
thổ. Với ảnh hưởng của gió mùa thì chế độ gió cũng khác nhau. Theo nghiên cứu của Ngân

hàng thế giới, trên lãnh thổ Việt Nam, hai vùng giàu tiềm năng nhất để phát triển năng
lượng gió là Sơn Hải (Ninh Thuận) và vùng đồi cát ở độ cao 60 - 100m từ phía tây Hàm
Tiến đến Mũi Né (Bình Thuận). Vùng này không những có vận tốc gió trung bình lớn, mà
còn có một thuận lợi là số lượng các cơn bão khu vực ít và gió có xu thế ổn định. Trong
những tháng có gió mùa, tỷ lệ gió nam và đông nam lên đến 98% với vận tốc trung bình 6 7 m/giây.
Ngoài ra, các vùng đảo ngoài khơi như Bạch Long Vĩ, đảo Phú Quý, Trường Sa... là những
địa điểm gió có vận tốc trung bình cao, tiềm năng năng lượng gió tốt, có thể xây dựng các
trạm phát điện gió công suất lớn để cung cấp năng lượng điện cho dân cư trên đảo.
1.5 Những thuận lợi khi sử dụng năng lượng gió
Ưu điểm dễ thấy nhất của năng lượng gió là không tiêu tốn nhiên liệu, không gây ô nhiễm
môi trường. Chúng không phóng thích khí carbonic hoặc các chất độc hại ảnh hưởng sức
khỏe người dân, đặc biệt giảm thiểu hiệu ứng nhà kính, vấn đề mà hiện nay cả thế giới đang
quan tâm.
1.6 Những khó khăn cho việc khai thác tiềm năng gió
Mặc dù có nhiều thuận lợi như đã nêu trên, nhưng chúng ta cần phải lưu ý một số điểm đặc
thù của năng lượng gió để có thể phát triển nó một cách có hiệu quả nhất. Nhược điểm lớn
nhất của năng lượng gió là sự phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và chế độ gió. Vì vậy khi
thiết kế, cần nghiên cứu hết sức chi tiết về chế độ gió, địa hình. Cũng vì những lý do có tính
phụ thuộc vào điều kiện môi trường như trên, năng lượng gió tuy ngày càng phổ biến và
quan trọng nhưng không thể là nguồn năng lượng chủ lực.

SVTH: Huỳnh Phạm Bảo Ngọc – Nguyễn Thị Vân Thắm

6


Chương 1: Giới thiệu chung

1.7 Hệ thống bơm nước năng lượng gió
Trên thế giới, các trạm bơm nước ngầm bằng sức gió đã được sử dụng từ rất lâu. Khi xem

các bộ phim về miền Viễn Tây Mỹ những năm khoảng thế kỷ 18-19, chúng ta đã thấy
những trạm bơm nước loại này cung cấp nước cho người và gia súc trên các sa mạc. Tuy
nhiên, các trạm bơm loại này rất hiếm gặp ở Việt nam. Ngay kể cả Chương trình nước sạch
cho nông thôn, người ta cũng sử dụng loại bơm cần gạt bằng tay để bơm nước ngầm, chứ
không sử dụng phương án tận dụng Năng lượng Gió. Hệ thống bơm nước năng lượng gió
có thể sử dụng ở các khu vực khác nhau. Ở khu vực Miền Tây Nam bộ, nơi có mực nước
ngầm khá cao, Trạm bơm nước năng lượng gió có thể cung cấp nước ngầm sinh hoạt, thay
cho thói quen sử dụng nước mưa như hiện nay. Ở khu vực cao nguyên như Lâm Đồng, Đắc
Lắc, các vườn cây cà phê và hồ tiêu rộng lớn mang lại giá trị kinh tế lớn cho người dân.
Tuy nhiên, chi phí tưới nước cho các loại cây này chiếm một chi phí đáng kể, đặc biệt là
trong mùa khô. Mỗi ngày vào mùa khô, người dân phải tốn khoảng 300.000 – 500.000 đồng
cho việc bơm tưới nước cho 1 ha cây trồng. Vì thế sử dụng hệ thống bơm nước sử dụng sức
gió là một giải pháp tiết kiệm chi phí và nâng cao năng suất cây trồng. Với khả năng bơm
hút đa dạng, Trạm bơm nước năng lượng gió có thể tưới liên tục, hoặc điều chỉnh theo thời
gian, phù hợp với nhu cầu nước tưới của cây trồng. Hệ thống bơm nước bằng sức gió có thể
sử dụng cho các trang trại chăn nuôi, giảm bớt chi phí sử dụng điện năng.

SVTH: Huỳnh Phạm Bảo Ngọc – Nguyễn Thị Vân Thắm

7


Chương 2: Lược khảo tài liệu

CHƯƠNG 2 : LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 Năng lượng gió
Sự chuyển động của không khí tạo ra gió. Nếu một lượng không khí với khối lượng m di
chuyển với vận tốc v thì nó có động năng được diễn tả bởi công thức sau:
E = ½ mv2 [ J]

(2.1)

Nếu khối lượng riêng của không khí là ρ, thì động năng trên đơn vị thể tích của không khí
là:
Ev = ½ ρv2 [ J/m3 ]

(2.2)

Với bề mặt có diện tích A vuông góc với hướng gió thì lưu lượng không khí đi xuyên qua
bề mặt A trong một giây là:
Фv = v *A [m3/s]

(2.3)

Do đó công suất do luồng không khí chuyển động qua diện tích A là tích số của động năng
và lưu lượng không khí:
P = ½ ρ*v2*v*A = ½ ρ*v3*A [ W ]

(2.4)

Đây là năng lượng có sẵn trong gió. Chỉ một phần của năng lượng này có thể được khai
thác bởi xa quạt gió.
Mối tương quan về năng lượng (công suất) gió được rút ra trên đây cho thấy rằng:
- Công suất tỷ lệ với khối lượng riêng ρ. Yếu tố này không bị ảnh hưởng và biến đổi nhiều
bởi chiều cao và nhiệt độ (Ở 20 0 ở mực nước biển ρ = 1.2 kg / m 3).
- Công suất tỷ lệ với diện tích quét bởi rotor (tức là tỷ lệ với R2). Bán kính R được chọn
trong khi thiết kế.

SVTH: Huỳnh Phạm Bảo Ngọc – Nguyễn Thị Vân Thắm

8


Chương 2: Lược khảo tài liệu

- Công suất tỉ lệ với mũ ba vận tốc gió. Chú ý rằng công suất tăng 8 lần nếu vận tốc gió tăng
gấp đôi. Một phần động năng của gió được mang đến các cánh của rotor xa quạt gió tạo
thành công suất cơ.
2.2 Cánh dạng khí động
Rotor của một xa quạt gió gồm có hai hoặc nhiều cánh gắn trên mayơ. Tiết diện của những
cánh này có thể có nhiều hình dạng, ta gọi những tiết diện này là những cánh dạng khí
động. Cánh khí động là bề mặt mà trên đó không khí thổi vào. Khí thổi này dẫn đến hai lực
: lực nâng và lực cản.
Lực nâng là lực cần để làm cong dòng gió thổi
Lực nâng luôn vuông góc với dòng không khí.
Lực cản thì song song với dòng khí thổi.
Tất cả những cánh khí động đòi hỏi một góc với dòng không khí thổi để tạo lực nâng. Lực
nâng càng lớn thì đòi hỏi góc đó càng lớn (đến một giới hạn nào đó).
Dây cung c là đoạn nối biên đầu và biên cuối của cánh khí động. Góc cần thiết cho lực nâng
được gọi là góc tác động. Góc tác động được đo giữa dây cung và hướng của dòng không
khí.

Hình 2.1 Cánh dạng khí động

SVTH: Huỳnh Phạm Bảo Ngọc – Nguyễn Thị Vân Thắm

9


Chương 2: Lược khảo tài liệu

Để diễn tả đặc tính của một cánh khí động độc lập với kích thước và vận tốc của
dòng khí, ta chia lực nâng L và lực kéo D cho ½*ρ*v2*A, trong đó:
ρ = khối lượng riêng của không khí [ kg/m3 ]
v = vận tốc dòng khí

[ m/s ]

A = diện tích cánh ( = dây cung x chiều dài cánh ) [ m2 ]
Kết quả của phép chia này được gọi là hệ số nâng Cl và hệ số kéo Cd
Cl 

Cd 

L
1
*  * v2 * A
2

D
1
*  * v2 * A
2

(2.5)

(2.6)

Như được diễn tả trên đây, tổng lượng lực nâng và lực kéo được tạo ra, phụ thuộc vào góc
tác động.

Tỷ số Cd / Cl được chọn nhỏ đến mức có thể để tối ưu trong thiết kế rotor.
Trong thiết kế một xa quạt gió giá trị Cl và α phải được tìm sao cho phù hợp với tỷ số Cd /
Cl nhỏ nhất.

SVTH: Huỳnh Phạm Bảo Ngọc – Nguyễn Thị Vân Thắm

10


Chương 2: Lược khảo tài liệu

Bảng 2.1 Các giá trị thiết kế cho một vài dạng cánh khí động
Tên cánh
khí động

Biểu diễn hình học

(Cd / Cl)min

α

Cl

0,02

4

0,9

0,02

3

1,25

0,1

5

0,8

Tấm thép
phẳng

0,1

0,4

0,4

Tấm thép
uốn cong
với ống
trên cạnh
lõm

0,05

5

0,9

0,05

4

1,1

Tấm thép
uốn cong
với ống
trên cạnh
lồi

0,2

14

1,25

Tấm thép
cong

Cánh cột
buồm

Một chi tiết cánh sẽ có một vận tốc tương đối, vận tốc tương đối W là vận tốc hợp bởi vận
tốc gió thật và vận tốc gió chuyển động của cánh. ø là góc tạo bởi vận tốc tương đối W và
mặt phẳng roto.

SVTH: Huỳnh Phạm Bảo Ngọc – Nguyễn Thị Vân Thắm

11


Chương 2: Lược khảo tài liệu

Hình 2.2 Phân tích vận tốc gió

ø là góc giữa vận tốc tương đối W và mặt rotor
2.3 Đặc tính xa quạt gió
2.3.1 Đặc tính moment xoắn và công suất
Thành phần của lực nâng trên mặt phẳng quay là một lực có phương tiếp tuyến với mặt
phẳng đó và đặt cách tâm roto một khoảng cách. Lực này bị giảm đi bởi thành phần của lực
cản trên phương tiếp tuyến. Kết quả của hai lực này là lực đẩy theo phương tiếp tuyến và
đặt cách tâm rotor một khoảng cách. Lực đẩy cách tâm rotor một khoảng và tạo nên
moment xoắn của rotor. Rotor quay với vận tốc góc :
Ω = 2*π*n [ rad / s ]

(2.7)

Hình 2.3 Phân tích lực

SVTH: Huỳnh Phạm Bảo Ngọc – Nguyễn Thị Vân Thắm

12


Chương 2: Lược khảo tài liệu

Công suất mà rotor lấy từ gió được biến đổi thành công suất cơ. Công suất này bằng tích
của moment xoắn và vận tốc góc :
T = moment xoắn [ Nm ]
Ω = vận tốc góc

[ rad / s ]

P = T*Ω [ W ]

(2.8)

Xa quạt gió làm biến đổi động năng của gió thành một lượng lớn năng lượng. Công thức
(2.8) chỉ rõ rằng một xa quạt gió có moment xoắn cao (ví dụ như bơm piston) sẽ có vận tốc
góc thấp; vận tốc thiết kế cao sẽ tạo ra moment nhỏ (ví dụ như bơm ly tâm hoặc máy phát
điện).
Ta gọi đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của moment xoắn vào vận tốc góc của xa quạt gió (Hình
2.4) là đặc tính moment xoắn của xa quạt gió. Những hình sau thể hiện đặc tính moment
xoắn của hai cối xay gió khác nhau thiết kế cho cùng một công suất, nhưng có vận tốc góc
khác nhau. Đặc tính moment xoắn cối xay gió phụ thuộc vào vận tốc gió v nên ta có nhiều
đường cong trên một đặc tính.

Hình 2.4 Sự phụ thuộc của moment xoắn vào vận tốc góc

SVTH: Huỳnh Phạm Bảo Ngọc – Nguyễn Thị Vân Thắm

13