NGHIÊN cứu THIẾT bị THU THẬP số LIỆU GIÓ để ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN điện GIÓ của HÃNG AMMONIT đức

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ THU THẬP
SỐ LIỆU GIÓ ĐỂ ĐÁNH GIÁ TIỀM
NĂNG PHÁT TRIỂN ĐIỆN GIÓ CỦA
HÃNG AMMONIT - ĐỨC


Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1.
GIỚ
I
T
H
I
Ệ
U
V
Ề
N
Ă
N
G
L
Ư
Ợ
N
G
G
I

Ó
1.1 Giới thiệu ý nghĩa và lịch sử điện gió:
Trong cuộc sống ngày nay, năng lượng điện đã phổ biến và thiết yếu với cuộc
sống trong: sinh hoạt, sản xuất,… Mà các phương thức sản xuất điện như: nhiệt
điện, thủy điện thì có giới hạn và gây ảnh hướng lớn đến môi trường. Từ đó ta cần
những phương thức sản xuất mới tốt hơn và có thể tái tạo được. Trong đó ta có
phương thức sản xuất điện từ sức gió.
Gió là một tài nguyên sạch, rẻ với tiềm năng khai thác rất lớn gần như vô tận. Vì
gió hình thành do sự chệnh lệch áp suất và sự quay của trái đất.

Trang: 2


Đồ án tốt nghiệp

Những người tiên phong trong lĩnh vực năng lượng gió lần lượt là: Charles F.
Brush (1849-1929); Poul la Cour (1846-1908); Albert Betz (1885-1968); Albert
Betz (1885-1968); Ulrich W Hüttner (1910-1990); Johannes Juul (1887-1969), đã
chế tạo tua-bin gió 200kw đầu tiên và cũng là ngyên mẫu của tua-bia gió hiện đại.
Lịch sử khai thác năng lượng gió: ngàn xưa ta đã khai thác năng lượng gió thông
qua cối xay gió; rồi đến thập niên 70~80 các tua-bin gió với chi phí đắt đỏ được chế
tạo nhằm thử nghiệm; rồi vào năm 1981 nhà máy điện gió 55kw được chế tạo, đánh
dấu sự thượng mại hóa của điện gió để ngày nay điện gió đã được phổ biến.
Sau đây là một số hình ảnh từ: />
H1: Paul LaCours, Đan

H2: Smith-Putnam, Mỹ

H3: J. Juul, Đan Mạch

Mạch 1891

1941, 1250 KW

1957, Gedser 200 KW

Trang: 3


Đồ án tốt nghiệp

H4: Huetter, Đức 1958,

H5: TVIND 1977, 2000

100 KW

KW

Trang: 4


Đồ án tốt nghiệp

1.2 Tiềm năng điện gió thế giới:
Theo lý thuyết lượng điện được tạo ra nhờ năng lượng gió toàn cần lên tới
con số 1.3 triệu tera watt. Trong khi đó lượng điện tiêu thụ của toàn cầu 2006 là
15.66 tera watt (theo IEC – International Energy Agency) chỉ 1.2% con số 1.3
triệu tera watt. Vậy nên tiềm năng điện gió là rất lớn.
Theo IREN-Hiệp Hội Năng Lượng Tái Tạo Toàn cầu, hết năm 2017 10 quốc

gia có lượng điện gió lớn nhất theo bảng sau. Với nước có lượng điện gió lớn
nhất là Trung Quốc.Theo
Quốc gia
Trung Quốc
Mỹ
Đức
Ấn Độ
Tây Ban Nha
Vương Quốc Anh
Pháp
Canada
Brazil
Italy
Thế giới

Sản lượng MW
164060.587
87543.300
55876.000
32848.460
22988.000
19837.000
13113.000
12313.000
12294.000
9636.000
513547.000

Trang: 5

Đồ án tốt nghiệp

Công suất và lượng điện phát ra của năng lượng gió qua các năm đang tằng chi
tiết trong bảng sau:
Năm
2013
2014
2015
2016
2017

Công suất (MW)
299 801
349 103
416 739
467 488
513 547

Phát điện (GWh)
635 173
711 728
827 582
957 939

Năng lượng gió biển là một tài nguyên không thể bỏ qua và đang được tập
trung khai thác. Theo EWEA, ta thấy được sự tăng trưởng năng lượng gió biển
qua các năm như sau: 2013 đạt 7.45 GW, 2014 đạt 8.7 GW, 2015 đạt 12.1 GW
và 6 tháng đầu 2016 đạt 12.7 GW.
Dưới đây ta có bản đồ về tiềm năng mật công suất và tốc độ gió tiềm năng độ

gió thế giới được lấy từ o

Trang: 6


Đồ án tốt nghiệp

Trang: 7


Đồ án tốt nghiệp

1.3 Tiềm năng điện gió ở Việt Nam:
Theo một số nghiên cứu thì Việt Nam rất có tiềm năng điện gió với công suất
lý thuyết trên 100000 MW (7m/s trở lên) và có 9% diện tích lãnh thổ có thể khai
thác được. Với tiềm năng gió ở độ cạo 65m và 80m như sau:
Tiềm năng gió ở độ cạo 65m
Tốc độ gió <6m/s 6-7m/s
trung bình
Diện
tích 197.34 100.36
(km2)
2
7
Diện
tích 60.6
30.8
chiếm (%)
Công suất 39817 401.44
(MW)

2
4

7-8m/s 8-9m/s >9 m/s
25.679 2.187

113

7.9

0

0.7

102.71 8.748
6

452

Trang: 8


Đồ án tốt nghiệp

Tiềm năng gió ở độ cạo 80m
Tốc độ gió <4m/s
4-5m/s
trung bình
Diện tích 95.916 70.868
(km2)

Diện tích 45.7
33.8
chiếm (%)
Công suất 956.16 708.67
(MW)
1
8

5-6m/s

7-8m/s

8-9m/s

40.473

67m/s
2.435

220

20

>9
m/s
1

19.3

1.2

0.1

0.01

<0.01

404.73
2

24.351 2.202

200

10

Các nơi có tiềm năng gió lớn là: Quảng Bình, Ninh Bình (880 MW), Nam
Trung Bộ (855 MW) ở Ninh Thuận, Bình Thuận. Ta có chi tiết tiềm năng gió
như sau: (ảnh từ o)

Trang: 9


Đồ án tốt nghiệp

Trang: 10


Đồ án tốt nghiệp

1.4 Sơ lược về một số nhà máy điện gió ở Việt Nam:

Trang: 11


Đồ án tốt nghiệp

Nước ta hiện đã có nhiều nhà máy điện gió. Trong đó có nhà máy điện gió
Bạc Liêu (99.2 MW), Tuy Phong (30 MW), Phú Qúy (6 MW) và Phú Lạc (24
MW)
Nhà máy điện gió Bạc Liêu:
Chủ đầu tư: Công ty TNHH Xây dựng - Thương mại - Du lịch Công Lý
Vốn: 5217 tỷ Việt Nam Đồng
Công suất: 99.2 MW
Vị trí: xã Vĩnh Trạch Động, Bạc Liêu
Số tua-bin: 62 (cao 80m, đường kính 4m)
Là nhà máy điện gió lớn nhất nước ta hiện nay với công suất hiện tại là 99.2
MW. Đống góp lớn cho ngân sách nước nhà. Ngoài ra đây còn một địa điểm du lịch
nổi tiếng với nhiều du khách trong lẫn ngoài nước. Hiện đang tiến hành giai đoạn III
với 71 trụ có công suất 142 MW. Sau đây là một số hình ảnh: (Nguồn:
/>
Trang: 12


Đồ án tốt nghiệp

Nhà máy điện gió Tuy Phong:
Chủ đầu tư: Công ty cổ phần Năng lượng tái tạo Việt Nam (REVN)
Vốn: 820 tỷ Việt Nam Đồng
Công suất: 30 MW

Vị trí: xã Bình Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận
Số tua-bin: 20 (cao 85m, cách dài 77m)
Ảnh

lấy

từ:

/>
thuc/t11498/dien-gio-tuy-phong-hoan-thanh-hoa-luoi-dien-quoc-gia-giai-doan1.html

Trang: 13


Đồ án tốt nghiệp

1.5 Cách tính năng lượng gió:
Đặc trưng cho năng lượng gió ta có: công suất dòng gió P
P = E / (W)
Với E là năng lượng động học: E = (mv2)/2 = ( Av3)/2
m: khối lượng không khí m= Av = V
A: diện tích m2
v: là vận tốc của gió vào
: là mật độ không khí
phụ thuộc vào vị trí
Chọn

3

khi ở mực nước biển

Chọn

3

khi trên đất liền

Năng lượng gió được đo bằng KWh.

Trang: 14


Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 2.
GIỚ
I
T
H
I
Ệ
U
Đ
Ề
T
À
I
1.6 Các bước để có nhà máy điện gió:
Để có một nhà máy điện gió hoàn chỉnh và đi vào hoạt động ta trãi qua nhiều
bước khác nhau. Về cơ bản ta sẽ có các bước sau:

Bước một: khỏa sát, tìm vị trí xây dựng nhà máy
Trong bước này, đầu tiên và quan trọng nhất là khảo sát tiềm năng gió xem có
đám ứng đủ điều kiện để phát triển điện gió hay không, gọi là Đo Gió
Các cấp độ gió theo IEC (cấp độ theo vận tốc trung bình)
Cấp độ gió

Tốc độ gió độ cao

Tốc độ gió độ cao

1
2
3
4
5
6
7

10m – m/s
<4.4
4.4-5.1
5.1-5.6
5.6-6.0
6.0-6.4
6.4-7.0
>7.0

50m – m/s
<5.6
5.6-6.4

6.4-7.0
7.0-7.5
7.5-8.0
8.0-8.8
>8.0

Các cấp độ gió theo IEC (cho tuabin)
Tiêu chuẩn

Gió mạnh

Gió

khá Gió trung Gió yếu

I

mạnh - II

bình - III

IV

Trang: 15


Đồ án tốt nghiệp

Tốc độ gió Trong 50 năm
Trong 1 năm

trung bình
Tốc độ gió Trong 50 năm
Trong 1 năm
cao

50m/s
10m/s

42.5m/s
8.5m/s

37.5m/s
7.5m/s

30m/s
6m/s

70m/s
52.5m/s

59.5m/s
44.6m/s

52.5m/s
39.4m/s

42m/s
31.5m/s

Ta tiến hành dựng tháp đo gió và thu thập số liệu gió với thời gian tối thiểu là

một năm, đo gió ở các độ cao không giống nhau (10,30,60,80 m).
Sau khi có số liệu về gió ta tiến hành đánh giá tiềm năng gió, và khi đã tìm
được vị trí thích hợp ta sẽ qua bước 2.
Bước 2: Xây dựng nhà máy
Trong bước này ta tiến hành xây dựng các công trình liên quan, bệ đỡ và tiến
hành lắp đặt tuabia.

Trang: 16


Đồ án tốt nghiệp

Lưu ý: các cánh tuabin và chống sét tuabia phải xong một lượt vì tính an toàn.
Sau đây sẽ là một số hình ảnh (nguồn ảnh: www.htl.vn)

Trang: 17


Đồ án tốt nghiệp

Trang: 18


Đồ án tốt nghiệp

1.7 Quy trình phát triển điện gió ở Việt Nam:
Tùy từng quốc gia khác nhau mà sẽ có quy định về xây dựng nhà máy điện gió
khác nhau. Sau đây là quy trình về đầu tư điện gió ở Việt Nam theo vree.vn (các
hình ảnh trong mục này lấy từ />Giai đoạn 1: Chuẩn bị
Kéo dài từ 6 tháng tới 1 năm, lâu là 1 đến 2 năm

Trong giai đoạn này ta sẽ làm các công việc sao: lựa chọn địa điểm, nghiên cứu
tiền khả thi, quyết định đầu tư/ giấy chứng nhận đầu tư. Chi tiết như sau:

Giai đoạn 2: Phát triển:
Giai đoạn này ta sẽ có các công việc sau: Nghiên cứu khả thi, thiết kế kỹ thuật,
các thỏa thuận hợp đồng, quyền sử dụng đất, giấy phép xây dựng. Cụ thể là:

Trang: 19


Đồ án tốt nghiệp

Giai đoạn 3: Tiến hành, sử dụng và dừng:
Ta sẽ thiết kế chi tiết, cấp vốn, xấy dựng. Tiếp đó là: vận hành thử/ kiểm tra,
chứng nhận vận hành, giấy phép phát điện. Cuối cùng là kết thúc dự án. Cụ thể như
sau:

Trang: 20


Đồ án tốt nghiệp

1.8 Đo gió:
Từ các bước để có một nhà máy điện gió ta có thể kết luận: đo gió hay thu thập
số liệu gió là bước đầu tiên cũng là bước vô cùng quan trọng để xác định tiềm năng
gió xem có thể phát triển được hay không. Mà để xác định điều đó ta cần phải có số
liệu ở mức độ chính xác nhất định. Nếu số liệu gió không chính xác sẽ dẫn đến các
thất thoát trong đầu tư điện gió.
Để đáp ứng điều đó ta cần có thiết bị đo gió tốt. Hiện tại các thiết bị đo gió đã
hiện đại hơn tiên tiến hơn và hơn thế nữa còn có bản đồ tiềm năng năng lượng gió

thế giới.
Trong đồ án này ta sẽ tìm hiểu thiết bị đo gió của hãng Ammonit của Đức – một
trong những thiết bị đo gió phổ biến có mặt ở Việt Nam.

Trang: 21


Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 3.
THI
Ế
T
B
Ị
Đ
O
T
H
Ô
N
G
S
Ô
G
I
Ó
C
Ủ
A

H
Ã
N
G
A
M
M
O
N
I
T

Trang: 22


Đồ án tốt nghiệp

–
Đ
Ứ
C
1.9 Giới thiệu hãng Ammonit:
Ammonit là hãng chuyên về thiết bị đo lường cho ngành công nghiệp năng
lượng gió và năng lượng mặt trời.
Ammonit là tiên phong trong lĩnh vực đo năng lượng gió. Và từ 1989 Ammonit
là hãng dẫn đầu thế giới trong lĩnh vực này.
Các sản phẩm chủ yếu của hãng là: logger dữ liệu, cảm biến khí tượng, SoDAR
và LiDAR cùng với hệ thống cung cấp điện và truyền thông. Đặc biệt Ammonit còn
phát triển công nghệ giám sát các chiến dịch đo lường 24/7 trên nền tảng wed gọi là
AmmonitOR.

Hệ thống đo lường của hãng có thế dự báo năng suất năng lượng, giám sát các
nhà máy năng lượng gió hay mặt trời. Có 25 năm kinh nghiệm tư vấn và điều hành,
cũng như các nghiên cứu trên 100 quốc gia.
Một trong sản phẩm nổi bật của hãng là logger dữ liệu Meteo – 40, được tung ra
năm 2010. Các thiết bị của hãng được cài đặt trên 100 quốc gia. Dịch vụ của hãng
bao gồm tư vấn, thiết lặp hệ thống đo và dự báo năng lượng và bảo trì liên quan đến
khí hậu và điều kiện công nghệ.
Liên hệ: T: +49 30 600188; W: www.ammonit.com
Logo của hãng:

Trang: 23


Đồ án tốt nghiệp

1.10 Giới thiệu hệ thống đo gió của Ammonit
Các thông số gió càng chính xác càng tốt nên đòi hỏi các thành phần của hệ
thống đo gió phải có độ chính xác càng cao càng tốt.
Phổ biến, một hệ thống đo gió có các thành phần sau:
Met mast: tháp đo – cột buồm
Data loggers: trình ghi dữ liệu, để ghi và tính toán dữ liệu gió
Anemometers: máy đo gió, để đo tốc độ gió
Wind vanes: cánh quạt gió, để xác định hướng gió
Temperature sensors: cảm biến nhiệt độ
Humidity sensors: cảm biến độ ẩm
Barometric pressure sensors: cảm biến áp suất khí quyển
Remote sensing devices (LiDAR or SoDAR): thiết bị cảm
nhận từ xa – viễn thám (một cách đo gió)
Ngoài ra ta còn có các thiết bị thêm được lắp đặt để đo lượng
mưa hay bức xạ.

Hệ thống đo gió cần hoạt động với nguồn độc lập và có thể
truyền dữ liệu từ xa khi được lắp đặt ở những địa hình phức tạp.
Nên ta sẽ có thêm hệ thống cung cấp nguồn và hệ thống truyền
thông.
Trình ghi dữ liệu, hệ thống tin liên lạc và các hệ thống thêm
khác sẽ được đặt trong hộp thép cách mặt đắt khoảng 6m nhầm
tránh trộm hay các sự phá hoại có thể xảy ra.

Trang: 24


Đồ án tốt nghiệp

Đo gió tại khu vực có mùa đông lạnh:
Để đo gió trong khu vực có điều kiện thời tiết trãi qua mùa đông lạnh, ta cần
cẩn thận trong việc lựa chọn thiết bị đo phù hợp. Khí hậu lạnh có thể dẫn đến làm
đóng băng cảm biến và gây khó khăn trong việc xây dụng cột buồm, dẫn đến xuất
hiện lỗi đo lường và mất dữ liệu. Vậy ta cần có hệ thống sưởi và kỹ thuật xây dựng
cột buồm tốt, ngoài ra ta nên lắp máy quay giám sát thời tiết ngoài trời để so sánh
đối chiếu tránh lỗi đo lượng.
Một hệ thống đo gió ở điều kiện có mùa đông lạnh thường bao gồm:
Ultrasonic anemometers 3D or 2D: máy đo gió siêu âm 3D hay 2D
Heated anemometers: máy đo gió có sưởi
Heated wind vanes: cánh quạt gió có sưởi
Remote sensing devices: thiết bị viễn thám
Power supply: nguồn
Với hãng Ammonit, ta có hệ thống giám sát 24/7 AmmonitOR giúp giám sát
việc đo gió dễ dàng, hạn chế lỗi đo lường.
Đo đường cong năng lượng: (dành cho các nhà máy gió)
Bằng việc biễu diễn chiến dịch đo đương cong năng lượng, hoạt động và đặc

trưng của một tuabin có thể được kiểm tra và so sánh với các tuabia khác.
Từ đường cong điện ta cũng có thể tính toán đường cong công suất và hiệu
quả của tuabia. Cũng như dự đoán năng suất năng lượng hàng năm dựa trên đường
cong năng lượng và tốc độ gió.
Để thực hiện việc đo này thì một trình ghi dữ liệu (Ammonit Meteo-40), cảm
biến tốc độ gió và thiết bị đo năng lượng thì cần thiết.
Đo gió với thiết bị viễn thám LiDAR hoặc SoDAR: (một cách đo gió khác
ngoài cách dựng cột đo gió)
Các thiết bị viễn thám có thể đo tình trạng gió ở độ cao trung tâm lên tới
200m. Các dụng cụ như thiết bị di động có thể được dùng để kiểm tra tình trạng gió
tại các địa điệm được chọn khác nhau.
Hệ thống viễn thám đo tình trạng gió theo chiều dọc với dụng cụ được lắp
đặt trên mặt đất.
Có 2 loại thiết bị là LiDAR – (light detection and ranging) phát hiện và phân
biệt theo ánh sáng và SoDAR – (sonic detection and ranging) phát hiện và phân biệt
theo âm thanh.
Ta có thể lắp chúng trên tuabin để đo điều kiện gió trước và sau tuabin.
Giám sát hệ thống đo gió:
Ammonit cung cấp nền tảng giám sát 24/7 AmmonitOR có thể thực hiện lọc,
độ lệch, khuyết tật nhầm sớm phát hiện các lỗi, có thể tự động lưu các dữ liệu mục
đích dưới dạng pdf cho việc phân tích sau này và các dữ liệu có thể xuất ra dưới
định dạng được chọn.

Trang: 25