Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế hệ thống chiếu sáng hybrid năng lượng gió và năng lượng mặt trời - Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Tp. Hồ Chí Minh

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (427.91 KB, 20 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---

LÊ HOÀI PH

ƯƠ

NG

THI

Ế

T K

Ế

H

Ệ

TH

Ố

NG CHI

Ế

U SÁNG

HYBRID N

Ă

NG L

ƯỢ

NG GIÓ VÀ

N

Ă

NG L

ƯỢ

NG M

Ặ

T TR

Ờ

I

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : Ngành K

ỹ

thu

ậ

t C

ơ

đ

i

ệ

n t

ử

Mã s

ố

ngành: 60520114

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

L

Ờ

I CAM

Đ

OAN

Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình
nào khác.

Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Học viên thực hiện Luận văn

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

L

Ờ

I CÁM

Ơ

N

Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS. TS Nguyễn
Tấn Tiến – người đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tơi hồn thành luận văn thạc sĩ
này.

Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô ở Khoa Điện – Trường Đại học Kỹ thuật
Cơng nghệ thành phố Hồ Chí Minh đã đóng góp nhiều ý kiến và tạo điều kiện thuận
lợi cho tơi hồn thành luận văn.

Tơi xin chân thành cám ơn phòng Quản lý Khoa học – Đào tạo sau Đại học, xin
chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Kỹ Thuật Công nghệ thành phố
Hồ Chí Minh đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất về mọi mặt để tơi hồn thành khóa
học.

Tơi xin chân thành cảm ơn!

Hồ Chí Minh, ngày tháng 12 năm 2013

Người thực hiện

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

iii

TÓM T

Ắ

T LU

Ậ

N V

Ă

N

M

Ở

ĐẦ

U

Năng lượng mặt trời và năng lượng gió là một dạng năng lượng tái tạo vơ tận với
trữ lượng lớn. Đó là một trong các nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất mà thiên
nhiên ban tặng cho hành tinh chúng ta. Đồng thời nó cũng là nguồn gốc của các nguồn
năng lượng tái tạo khác như năng lượng sinh khối, năng lượng các dịng sơng,… Năng
lượng mặt trời và năng lượng gió có thể nói là vơ tận. Tuy nhiên, để khai thác, sử dụng
nguồn năng lượng này cần phải biết các đặc trưng và tính chất cơ bản của nó, đặc biệt
khi tới bề mặt trái đất.

Để khai thác và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo một cách hiệu quả cần có một
hệ thống lưới điện thơng minh. Khi gió tác động lên các cánh quạt gió của tuabin cơ
năng sẽ được chuyển thành điện năng xoay chiều AC sau khi đi qua hệ thống điều
khiển chuyển đổi để kết hợp với nguồn điện do pin năng lượng mặt trời tạo ra. Nguồn
năng lượng một chiều này được nạp trực tiếp vào bình ácquy thơng qua hệ thống nạp,
sau đó chuyển đổi thành điện năng xoay chiều (AC) bởi bộ nghịch lưu. Bộ điều khiển
có chức năng truyền năng lượng này đến hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng.

Nội dung của luận văn được chia thành 5 chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Thiết kế máy phát điện.

Chương 3:Thiết kế hệ thống gió: Hệ thống cánh quạt, tuabin, lựa chọn pin 
năng lượng mặt trời

Chương 4: Mạch điều khiển hệ thống đèn chiếu sáng. 
Chương 5: Thực nghiệm kiểm chứng.

Kết kuận

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

Nghiên cứu về các nguồn và các cơng nghệ sử dụng năng lượng gió và năng
lượng mặt trời trên thế giới và ở Việt Nam.

Đánh giá tiềm năng và thực trạng ứng dụng năng lượng gió ở Biên Hịa:
- Tốc độ gió, cấp gió

- Chế độ gió ở Đồng Nai

- Sản xuất điện năng từ năng lượng gió ở Đồng Nai

Thiết kế hệ thống phát điện sử dụng sức gió cơng suất nhỏ
- Sơ đồ khối hệ thống phát điện sử dụng sức gió cơng suất nhỏ

- Thiết kế tính tốn máy phát điện đồng bộ kích thích vĩnh cửu 300W.
- Thiết kế lựa chọn pin năng lượng mặt trời công suất 40W.

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

ABSTRACT

INTRODUCTION

Solar and wind energy is a renewable form of energy with great reserve endlessly.

It is one of the renewable energy sources of the most important natural gift for our planet.
At the same time it is also a source of renewable energy sources such as biomass energy,
the energy of the river, ... Solar and wind power can tell is endless. However, to harness
and use this energy needs to know the characteristics and basic properties of it, especially
when it comes to the earth's surface.

To harness and use solar energy effectively need a smart grid system. When the
wind acting on the blades of the wind turbine mechanical energy is converted into AC
power after passing control system combined with switching to battery power by solar
energy generated, energy sources DC is loaded directly into the bottle through the battery
charging system, then converted into alternating current electric power (AC) by inverters.
The controller which transfers this energy to the system control lights

The content of the thesis is divided into five chapters: 
Chapter 1: Overview

Chapter 2: Designing generator.

Chapter 3: Design wind systems: System propellers, turbines, choosing solar battery 
Chapter 4: Control circuit lighting system.

Chapter 5: Experimental verification. 
THE KUAN

For ease of tracking , the thesis has been organized into chapters with full internal
mentioned solution solves the following problems :

The study of the sources and uses of technology wind energy and solar energy in the
world and in Vietnam .

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

vi

- Wind speed , wind levels

- Wind regime in Dong Nai

- Production of electricity from wind energy in Dong Nai
Design generator system using small wind power capacity

- Block diagram generation system using wind power capacity of small
- Design calculations synchronous generator excitation eternal 300W .
- Design selection of solar battery power 40W .

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

M

Ụ

C L

Ụ

C

LỜI CAM ĐOAN ... i

LỜI CÁM ƠN ... ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN ... iii

ABSTRACT ... v

MỞ ĐẦU ... 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI, NĂNG LƯỢNG GIÓ

VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC, SỬ DỤNG ... 4

1.1. Các hệ thống chiếu sáng sử dụng năng lượng mặt trời, năng lượng gió, hybird.
 ... 4

1.1.1. Hệ thống chiếu sáng thông thường... 4

1.1.2. Hệ thống chiếu sáng sử dụng năng lượng mặt trời. ... 4

1.1.3. Hệ thống chiếu sáng sử dụng năng lượng hybird gió và năng lượng mặt 
trời. ... 5

1.2. Các dạng máy phát điện gió. ... 7

1.2.1. Máy phát điện gió hiện nay trên thế giới được chia thành hai loại cơ 
bản chính như sau: ... 7

1.2.2. So sánh tuabin trục đứng và trục ngang: ... 7

1.3. MỘT THÍ DỤ VỀ SỰ THAY ĐỔI ĐỘ GIÓ TRONG NĂM ... 10

1.4. SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG GIĨ CƠNG SUẤT NHỎ ... 11

1.5. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ... 12

1.5.1. Hệ thống điện gió độc lập. ... 12

1.5.2. Hệ thống điện gió hybrid. ... 12

1.5.3. Bộ điều khiển: ... 13

1.5.4. Bộ sạc acqui ... 14

1.5.5. Bộ biến đổi ... 14

1.5.6. Đèn chiếu sáng ... 14

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÁY PHÁT ĐIỆN ... 16

2.1.Thiết kế chế tạo máy phát điện gió ... 16

2.1.1. Các cơng thức tính tốn các số liệu chính của động cơ ... 16

2.1.2. Dây quấn, rãnh Stator và khe hở khơng khí ... 17

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

2.1.3.Tính tốn mạch từ ... 19

2.1.4.Tổng kết các số liệu thiết kế ... 21

Chương 3: THIẾT KẾ CÁNH QUẠT ... 22

3.1. Tính tốn xác định góc cánh điều khiển của tuabin gió trục đứng. ... 22

3.1.1. Dạng cánh Giromill ... 22

3.1.2. Dạng cánh Lenz2 ... 24

3.2.Tính tốn thiết kế thông số cánh tuabin: ... 25

3.2.1.Lưu đồ thiết kế máy phát điện gió cơng suất nhỏ: ... 25

3.2.2.Thiết kế thơng số cụ thể tuabin gió: ... 26

3.2.3.Các thiết bị phụ trong tuabin gió: ... 27

3.2.4.Động lực học cánh gió tuabin. ... 27

3.2.5.Tính cơng suất hệ thống cho turbin 3 cánh: ... 32

3.3.Lựa chọn pin năng lượng mặt trời ... 33

Chương 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG.
 ... 35

4.1.Nghiên cứu mạch điện MPP, “Maximum Power Point”, để thu được công 
suất lớn nhất tại mọi thời điểm khi vận tốc gió thay đổi. ... 35

4.1.1.Giới thiệu: ... 35

4.1.2.Mạch biến đổi điện áp DC/DC: ... 36

4.1.3.Lý thuyết MPPT: ... 38

4.1.4.Giải thuật MPPT: ... 41

4.2.Thi công chế tạo bộ biến đổi điện áp dc/dc sử dụng giải thuật MPPT: ... 43

4.4.Thiết kế hệ thống hybrid: ... 45

Chương 5: THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG ... 50

5.1. Thực ngiệm dạng cánh: ... 50

5.2.Lắp đặt và vị trí lắp đặt: ... 51

5.3.Các thơng số đo được ... 51

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ... 53

1. Kết luận ... 53

2. Kiến nghị ... 53

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

M

Ở

ĐẦ

U

1. Tính cấp thiết của đề tài.

Ngồi lượng điện lưới thơng thường thì năng lượng mặt trời, năng lượng gió là
một năng lượng tái tạo mà Thế giới và Việt Nam đang quan tâm. Hiện nay, năng
lượng gió, và năng lượng mặt trời đã mang đến nhiều hứa hẹn. Tuy nhiên nếu
muốn đẩy mạnh nguồn năng lượng này trong tương lai, chúng ta cần phải hoàn
chỉnh thêm công nghệ cũng như làm thế nào để đạt được năng suất chuyển động
năng của gió thành điện năng cao để từ đó có thể hạ giá thành và cạnh tranh được
với những nguồn năng lượng khác.

Hệ thống sử dụng tuabin gió trục đứng đang là hướng nghiên cứu mới hiện nay
do hệ thống này khắc phục được một số nhược điểm của hệ thống trục ngang như
là kết cấu nhỏ gọn; điều khiển công suất cho tải một cách độc lập; điều khiển góc
mở của cánh gió theo hướng gió và theo cường độ gió. Như ta đã biết nhược điểm
lớn nhất của tuabin gió trục đứng là khi quay nếu các cánh gió đều mở thì một bên có
tác dụng hứng gió làm tuabin quay, bên cịn lại cản gió làm giảm tốc độ quay của
tuabin. Một số nghiên cứu gần đây khắc phục nhược điểm đó bằng cách điều
khiển góc mở cánh gió thơng qua việc thiết kế hình dáng động học của cánh gió
hoặc dùng phương pháp che gió khơng cho tác động vào cánh gió ở nửa cản gió của
tuabin đối với loại có cơng suất nhỏ hoặc sử dụng một số cách điều khiển cơ khí
như sử dụng kết cấu cam đối với loại có cơng suất lớn mà chưa quan tâm đến điều
khiển góc mở của cánh sử dụng các bộ điều khiển bằng điện kết hợp với kết cấu cơ
khí để điều khiển cơng suất khi hướng gió cũng như cường độ gió thay đổi. Để phát
huy các ưu điểm của hệ thống tuabin gió trục đứng là điều khiển được công suất cho
tải phù hợp với cường độ gió ta phải có sự kết hợp giữa điều khiển điện và cơ. Đó
chính là lĩnh vực nghiên cứu của cơ điện tử và cũng là hướng mà đề tài cần nghiên
cứu.

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

2

lượng mặt trời”.

2. Mục đích của đề tài

Việc nâng cao hiệu suất chuyển động năng của gió thành điện năng để giảm giá
thành là vấn đề rất quan trọng trong quá trình sử dụng nguồn năng lượng sạch ở hiện
tại và trong tương lai. Để nâng cao được hiệu suất sử dụng năng lượng gió thì cần
phải có các thiết bị chuyển đổi với các bộ điều khiển hợp lý.

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu ứng dụng hệ thống hybrid kết hợp hai
nguồn năng lượng gió và năng lượng mặt trời để cấp nguồn cho hệ thống đèn
chiếu sáng công cộng.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 
- Hệ thống cánh gió của tuabin trục đứng.

- Khảo sát các thơng số của mơ hình tuabin trục đứng.
- Thiết kế chế tạo động cơ máy phát điện.

- Lựa chọn pin năng lượng mặt trời phù hợp với đề tài.
- Thực nghiệm đề tài.

4. Phương pháp nghiên cứu

- Tính tốn thiết kế chế tạo máy phát điện không đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh
cửu.

- Nghiên cứu thiết kế dạng cánh, chọn dạng cánh phù hợp với đề tài.
- Tính tốn thiết kế mạch điều khiển và mạch hybrid.

- Lựa chọn pin năng lượng mặt trời .

- Hoàn thiện hệ thống, thực nghiệm lấy kết quả.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 
- Ý nghĩa khoa học:

Đây là một hướng nghiên cứu mới có rất nhiều người đang quan tâm, tuy
nhiên chưa có nghiên cứu nào hoàn chỉnh về vấn đề này. Từ đây cho thấy hướng phát
triển đề tài của tác giả là rất cấp thiết trong hoàn cảnh hiện nay.

- Ý nghĩa thực tiễn:

Đề tài đưa ra một phương án kết hợp hai nguồn năng lượng tái tạo mà Việt
Nam đang quan quan tâm trong việc sử dụng nguồn năng lượng sạch cho hiện tại
và trong tương lai.

6. Cấu trúc của luận văn

Luận văn được chia thành 5 chương:

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

Chương 2: Thiết kế máy phát điện.

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

CH

ƯƠ

NG 1

T

Ổ

NG QUAN N

Ă

NG L

ƯỢ

NG M

Ặ

T TR

Ờ

I, N

Ă

NG L

ƯỢ

NG GIÓ

VÀ CÁC PH

ƯƠ

NG PHÁP KHAI THÁC, S

Ử

D

Ụ

NG

1.1. Các hệ thống chiếu sáng sử dụng năng lượng mặt trời, năng lượng gió, hybird và các 
cơng trình đã nghiên cứu về “Hệ thống chiếu sáng hybrid năng lượng gió và năng lượng 
mặt trời” trong nước và trên thế giới .

1.1.1. Hệ thống chiếu sáng thông thường.

Hiện nay hệ thống chiếu sáng thông thường sử dụng hệ thống đèn sử dụng năng
lượng từ nguồn điện lưới quốc gia bao gồm các loại đèn như bóng hiệu suất thấp heli,
metan, bóng hiệu suất cao như sodium, bóng led…

Hình 1.1 : Đèn chiếu sáng hiệu suất cao HPS onyx 2

Các loại bóng được sử dụng cho các loại đèn này 100W,150W, 250W, 400W do đó
để chiếu sáng cho một 1Km đường với bề rộng mặt đường 8m đảm bảo độ chiếu sáng
2700lm thì chúng ta phải cần đến 35 bộ đèn 250W

Nhằm tiết giảm điện năng hiện nay một số các công ty cho ra dời một thế hệ đèn
mới, đó là đèn chiếu sáng sử dụng 2 công xuất điện áp

Điện nguồn :220V.
Công suất :150W/250W

Quang thông :3200Lumen(Lm)
Thời gian sử dụng :24.000 giờ
Đường kính bóng :48mm

1.1.2. Hệ thống chiếu sáng sử dụng năng lượng mặt trời.

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

điện chính được lấy từ pin năng lượng mặt trời sau đó qua bộ điều khiển (Maximum
Power Point Tracking – MPPT) nạp trực tiếp vào bình accu từ đây nguồn điện được đưa
các thiết bị nắn nguồn và đưa ra tải (đèn chiếu sáng) do công xuất của những tấm pin
thường nhỏ nên các nhà thiết kế thường sử dụng hệ thống đèn led để chiếu sáng.

Hình 1.2 : Đèn chiếu sáng cơng cộng sử dụng năng lượng mặt trời

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

Hệ thống chiếu sáng Hệ thống chiếu sáng
Hybrid trục ngang Hybrid trục đứng

Hình 1.3 : Đèn chiếu sáng cơng cộng sử dụng hybrid

Đèn được tích hợp 2 tính năng ưu điểm của pin năng lượng mặt và tuabin gió. Ban
ngày cùng với việc tích hợp nguồn điện do pin năng lượng cung cấp thiết bị cịn được
nhận nguồn điện từ tua bin gió, vào ban đêm khi đèn được bật sáng, thì thiết bị vận
hành được nhận nguồn điện từ hệ thống tua bin gió.

1.1.4. Các cơng trình đã nghiên cứu về “Hệ thống chiếu sáng hybrid năng lượng gió và 
năng lượng mặt trời” trong nước và trên thế giới.

1.1.4.1. Các cơng trình đã nghiên cứu về “Hệ thống chiếu sáng hybrid năng lượng gió và 
năng lượng mặt trời” trên thế giới.

Qua khảo sát một số các công trình nghiên cứu về đề tài hybrid năng lượng gió và
năng lượng mặt trời của một số các trường đại học tại một số các quốc gia như:

- Đề tài “Optimal sizing method for stand-alone hybrid solar–wind system with
LPSP technology by using genetic algorithm” thuộc khoa Xây dựng Dịch vụ Kỹ thuật,
Đại học Bách khoa Hồng Kông

- Đề tài “Design and Implementation of a Domestic Solar-Wind Hybrid Energy
System”Đại học Zonguldak Karaelmas, Khoa Kỹ thuật, Khoa Điện và Điện tử, 67.100
Zonguldak, Thổ Nhĩ Kỳ

</div>
(16)<div class='page_container' data-page=16>

1.1.4.2. Các cơng trình đã nghiên cứu về hệ thống chiếu sáng hybrid năng lượng gió và 
năng lượng mặt trời” tại việt Nam.

Ở trong nước qua khảo sát và tra cứu trên các trang mạng và thư viện tại một số
trường đại học có uy tín. Tác giả nhận thấy trong nước hiện nay các các đề tài chỉ
nghiên cứu trên một khía cạnh gió hoặc năng lượng mặt trời. Tác giả chưa tìm thấy đề
tài nghiên cứu về hệ thống hybrid năng lượng gió và năng lượng mặt trời.

1.2. Các dạng máy phát điện gió.

1.2.1. Máy phát điện gió hiện nay trên thế giới được chia thành hai loại cơ bản 
chính như sau:

 Trục ngang (Horizontal Axis Wind Tuabine – HAWT) đây là loại truyền thống
hiện đang thịnh hành nhiều nơi trên thế giới. HAWT có roto kiểu chong chóng
với trục chính máy phát nằm ngang. Số lượng cánh quạt có thể thay đổi, tuy
nhiên thực tế nghiên cứu cho thấy với loại tuabin này thì 3 cánh là có hiệu quả
cao nhất. để HAWT hoạt động tốt thì các thành phần cấu tạo nằm thẳng hàng

với hướng gió, vì vậy phải u cầu có một hệ thống điều chỉnh bằng cơ khí để
đảm bảo cánh quạt ln ln hướng thẳng góc với chiều gió.

 Trục đứng (Vertical Axis Wind Tuabine – VAWT) đây là loại công nghệ mới
có lợi điểm là cánh quạt ln quay ổn định với mọi chiều gió.

Hình 1.4: Mơ hình cánh cho máy phát trục ngang và trục đứng

1.2.2. So sánh tuabin trục đứng và trục ngang:

Đã có nhiều tranh luận xoay quanh vấn đề này, có thể nói từ khi phát minh ra
các bộ chuyển đổi năng lượng gió. Các chuyên gia đã đưa ra nhiều quan điểm khác

</div>
(17)<div class='page_container' data-page=17>

nhau. Dennis G.Shepherd đã so sánh hai loại tuabine này một cách toàn diện, ông đã
đưa ra những ưu và nhược điểm tương đối của hai loại tuabine này như sau:

1.2.2.1. Ưu điểm của VAWT so với HAWT:

Tuabine gió trục đứng truyền thống là một cỗ máy không hướng. Nghĩa là
VAWT hoạt động mà không phụ thuộc vào hướng gió. Như vậy hệ thống xoay gió
phức tạp của HAWT sẽ không cần thiết ở VAWT. VAWT được đặt ngay trên nền đất,
khác với HAWT phải được đưa lên tháp cao. Hộp số, máy phát và dàn cơ khí điều
khiển rất nặng, do đó nếu đặt dưới đất thì việc lắp đặt bảo trì sẽ rất thuận tiện và dễ
dàng.

Với cùng một công suất ngõ ra, tổng chiều cao của HAWT (bao gồm tháp) sẽ
cao hơn rất nhiều so với loại trục đứng Darrieus gây tác động rõ rệt đến xung quanh.

Về phương diện này, các tuabine gió trục đứng được coi như thân thiện với môi trường
hơn so với trục ngang.

Các cánh quạt của VAWT không bị phải chịu áp lực khi xoay. Cánh của VAWT
rẻ và bền cao hơn so với HAWT.

VAWT được thiết kế sao cho tải ly tâm được cân bằng bởi các lực trên cánh
quạt, như vậy tránh được moment uốn.

1.2.2.2. Hạn chế của VAWT so với HAWT:

VAWT được đặt ngay trên mặt đất, nên nó lệ thuộc vào gió có tốc độ thấp và
thay đổi liên tục. Với cùng một diện tích qt và trọng lượng thì cơng suất ngõ ra của
VAWT thấp hơn HAWT.

Toàn bộ trọng lượng VAWT được đặt lên bộ đệm đỡ phía dưới, bộ đệm này rất
cứng, linh hoạt và có độ tin cậy cao khi vận hành. Tuy nhiên khi bộ đệm này hư hỏng,
thì địi hỏi phải tháo dỡ xuống toàn bộ máy phát để sửa chữa hoặc thay thế.

Đối với VAWT, moment quay và công suất ngõ ra thay đổi thất thường một
cách tuần hoàn khi cánh quạt đi vào và ra khỏi vùng tác động của gió trong mỗi vịng
quay, trong khi ở HAWT moment quay và công suất ngõ ra khá ổn định.

</div>
(18)<div class='page_container' data-page=18>

Sự phát triển mang tính cạnh tranh và những gì làm được của tuabine trục ngang
sẽ bị hạn chế trong tương lai, phần lớn là do tải trọng của những cánh quạt ngày càng
lớn. Có thể nhận thấy rằng, mặc dù hiệu suất thấp nhưng tuabine trục đứng không chịu
áp lức nhiều từ tải trọng của nó, điều làm giới hạn kích thước của tuabine trục ngang.

1.2.2.3. Kết luận:

Tuabine trục ngang và trục đứng như trên đã phân tích đều có ưu và nhược điểm
nhất định. Loại trục ngang có hiệu suất cao hơn nhưng chi phí cũng lớn, hệ thống khá
phức tạp và chỉ hoạt động tốt khi vận tốc gió lớn. Trong khi loại trục đứng có hạn chế
là hiệu suất thấp nhưng bù lại dễ thiết kế, bảo dưỡng và giá thành thấp, đồng thời hoạt
động tốt trong điều kiện gió thấp, chiều gió thay đổi liên tục.

Việc chọn mơ hình trục đứng hay trục ngang khi thiết kế sẽ phụ thuộc vào điều
kiện gió tại nơi đó và các tiêu chí thiết kế, các tiêu chí này sẽ được đưa vào bảng phân
tích nhân tố và tùy vào nhu cầu người dùng ở từng quốc gia mà các tiêu chí sẽ có trọng
số khác nhau, tiêu chí nào có trọng số lớn nhất sẽ được chọn để thiết kế. Theo đề tài
này tôi đưa ra 7 tiêu chí sau, để đánh giá nhu cầu sử dụng:

 Giá thành thấp.

 Được thiết kế dễ dàng và sản xuất với số lượng lớn.
 Hiệu suất cao.

 Ít duy tu bảo quản.
 Bền.

 Hoạt động có hiệu quả ở các điều kiện gió khơng lý tưởng, gió quẩn.
 Lắp đặt dễ dàng.

Kết quả cho thấy tiêu chí hiệu suất cao, giá thành thấp có trọng số lớn nhất và đã
được chọn làm tiêu chí thiết kế để phù hợp với máy phát điện gió cơng suất nhỏ. Như
vậy, nó đánh giá đúng cho điều kiện gió ở Việt Nam, khoảng 4m/s và đặc biệt cho đề
tài nghiên cứu này. Với nghiên cứu máy phát điện gió của đề tài này được xây dựng
với điều kiện vận tốc gió thấp tại các vùng nông thôn ở Việt Nam, cần phải được làm

việc hiệu suất cao mà giá thành thấp cũng như đảm bảo được hết các yêu cầu cịn lại.
Những tiêu chí này hồn tồn phù hợp với mơ hình trục đứng.

</div>
(19)<div class='page_container' data-page=19>

Hình 1.5: Kiểu cánh dạng Lenz2 cải tiến từ dạng cánh Sovonious và Darrieus

1.3. MỘT THÍ DỤ VỀ SỰ THAY ĐỔI ĐỘ GIĨ TRONG NĂM

Qua liên hệ với trạm khí tượng thủy văn Bà Rịa Vũng Tàu, Đồng Nai tôi được
cung cấp bản sơ đồ vận tốc gió của năm 2012 như sau:

Bảng 1.1: Tốc độ gió trung bình (m/s) các tháng trong năm của Long Hải và Phước 
Tỉnh thuộc Bà Rịa -Vũng Tàu

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Long Hải 5.84 5.11 7.29 6.57 6.03 6.10 11.63 9.50 11.45 8.06 6.57 7.29

Phước Tỉnh 6.23 5.71 7.84 7.00 6.61 6.80 12.16 10.03 12.1 8.58 6.90 6.16

Bảng 1.2 Tốc độ và hướng gió khu vực giai đoạn 2001-2011

Ghi chú: Nguồn từ Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia, Đài Khí tượng Thủy văn 
khu vực Nam bộ. Số liệu Trạm Khí tượng Đồng Nai.

</div>
(20)<div class='page_container' data-page=20>

Bảng 2: Tốc độ gió trung bình (m/s) các tháng trong năm của tỉnh Đồng Nai
Với kết quả trên cho ta thấy việc ứng dụng năng lượng gió ở ba địa phương
Long Hải và Phước Tỉnh, Đồng Nai trên là khả thi. Với các trạm điện gió cỡ nhỏ và
vừa có tốc độ bắt đầu hoạt động trong khoảng từ 3- 5 m/s , khả năng ứng dụng cao
1.4. SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Hiện tại nước ta đang xảy ra hiện tượng thiếu điện ở mùa khơ, do đó việc phủ lưới
điện quốc gia tới những khu vực thưa dân cư như khu vực ven biển, miền núi, hải đảo
là chưa thể trong nhiều năm tới. Việc ứng dụng năng lượng gió cơng suất nhỏ tỏ ra phù
hợp với những vùng có điều kiện thời tiết đầy tiềm năng này. Đây chính là một lý do
được các nhà khoa học Việt Nam theo đuổi.

Thông thường những vùng sử dụng năng lượng gió cơng suất nhỏ là những vùng
có thu nhập thấp vì vậy chúng ta phải tìm ra phương án khả thi về chi phí đầu tư, vận
hành và bảo trì cho những trạm phát điện như thế này. Vì theo kinh nhiệm và thơng tin
thì hầu như những trạm điện nhỏ lẻ chế tạo do những nhóm nghiên cứu của Việt Nam
thì ngưng vận hành trong thời gian rất ngắn sau khi nghiệm thu. Vì những vùng này
thường có bão và dao động về khí hậu rất lớn trong khi việc nghiên cứu chuyên sâu để
có được những thiết bị như máy phát, vv … chịu được những tình huống này khơng
được xem xét đến trong dự án có thể là do kinh phí dự án và nhiều yếu tố khác.

Thông qua dự án nghiên cứu chế tạo máy phát năng lượng gió tầm thấp này
chúng tôi tập trung vào việc nghiên cứu những phần nào chúng ta có thể cịn lại những
thiết bị nào cần thiết chúng ta vẫn phải phụ thuộc vào những đơn vị ngiên cứu chuyên
nghiệp và tìm ra phương án thi cơng cũng như những nguyên vật liệu có sẵn tại Việt
Nam để giảm giá đến mức thấp nhất cho người sử dụng. Với cơng suất thiết kế 300W,
máy phát điện gió này cũng đủ cung cấp cho hệ thống đèn chiếu sáng riêng lẻ phục vụ
cho khu vực miền núi và hải đảo. Mục tiêu chính của dự án là:

 Thiết kế chế tạo máy phát điện gió tầm thấp

 Nghiên cứu và thiết kế dạng cánh chịu được sự thay đổi lớn

 Tìm hiểu một số dạng trụ có sẵn như trụ điện, trụ tháp anten của các đơn vị
đã thiết kế sẵn để giảm chi phí đầu tư

 Thiết kế pin năng lượng mặt trời tương ứng phù hợp cho chiếu sáng
 Thiết kế mạch để có thể sử dụng được hai nguồn điện áp

</div>

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế hệ thống chiếu sáng hybrid năng lượng gió và năng lượng mặt trời - Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Tp. Hồ Chí Minh

---

<b>LÊ HOÀI PH</b>

<b>ƯƠ</b>

<b>NG</b>

<b>THI</b>

<b>Ế</b>

<b>T K</b>

<b>Ế</b>

<b> H</b>

<b>Ệ</b>

<b> TH</b>

<b>Ố</b>

<b>NG CHI</b>

<b>Ế</b>

<b>U SÁNG </b>

<b>HYBRID N</b>

<b>Ă</b>

<b>NG L</b>

<b>ƯỢ</b>

<b>NG GIÓ VÀ </b>

<b>N</b>

<b>Ă</b>

<b>NG L</b>

<b>ƯỢ</b>

<b>NG M</b>

<b>Ặ</b>

<b>T TR</b>

<b>Ờ</b>

<b>I</b>

<b>LUẬN VĂN THẠC SĨ</b>

<b> </b>

Chuyên ngành : Ngành K

ỹ

thu

ậ

t C

ơ

đ

i

ệ

n t

ử

Mã s

ố

ngành: 60520114

<b>L</b>

<b>Ờ</b>

<b>I CAM </b>

<b>Đ</b>

<b>OAN </b>

<b>L</b>

<b>Ờ</b>

<b>I CÁM </b>

<b>Ơ</b>

<b>N </b>

<b>TÓM T</b>

<b>Ắ</b>

<b>T LU</b>

<b>Ậ</b>

<b>N V</b>

<b>Ă</b>

<b>N </b>

<b>M</b>

<b>Ở</b>

<b>ĐẦ</b>

<b>U </b>

<b>ABSTRACT</b>

<b>M</b>

<b>Ụ</b>

<b>C L</b>

<b>Ụ</b>

<b>C </b>

<b>M</b>

<b>Ở</b>

<b>ĐẦ</b>

<b>U </b>

<b>CH</b>

<b>ƯƠ</b>

<b>NG 1 </b>