Bài giảng Năng lượng gió và ứng dụng

Gvhd: 	Đỗ Kim Thoa	Nhóm thực hiệnPhần mở đầuLý thuyết động cơ gió.Ứng dụng năng lượng gió.Những nguồn năng lượng hiện đại2. 	Sự hình thành năng lượng gió3. 	Tính toán năng lượng gió1. Những nguồn năng lượng hiện đạiThủy điện	-Đã xuất hiện từ hơn 70 năm trước đây, và đã là nguồn hy vọng cho nhân loại trong một thời gian dài.	-Các đập thủy điện được tiếp nối xây dựng ồ ạt.1. Những nguồn năng lượng hiện đạiNăng lượng nguyên tửNguồn năng lượng khổng lồ, rẻ tiền sạchViệc xây dựng và vận hành các lò phản ứng cần phải đảm bảo an toàn1. Những nguồn năng lượng hiện đạiNăng lượng mặt trờilà nguồn năng lượng tự nhiên không gây ô nhiễm và vô cùng dồi dàoNăng lượng sinh khốiNăng lượng thủy triều và Nhiệt năng biển Năng lượng địa nhiệt 1. Những nguồn năng lượng hiện đạiNăng lượng giólà hình thức sử dụng năng lượng được hình thành sớm nhấtnguồn năng lượng hiện đại số 1cạnh tranhdự đoán được độc lậpnhanhsạch2. Sự hình thành năng lượng gióSự tạo thành gió.Sự đốt nóng không đồng đều bề mặt Trái đấtSự tự quay của Trái đấtTrục quay của Trái đất nghiêng tạo thành dòng không khí theo mùaCác yếu tố khácNăng lượng gió là động năng của không khí chuyển động với vận tốc v.Khối lượng đi qua một mặt phẳng hình tròn vuông góc với chiều gió trong thời gian t 	M = ρ.V 	 = ρ.A.v.t	 = ρ. п r 2.v.t	trong đó:	 ρ là tỷ trọng của không khí	 V là thể tích khối lương không khí đi qua mặt cắt ngang hình tròn diện tích A bán kinh r trong thời gian t.Động năng 	Ekin = 1/2.mv2	 =. 	ρ. r 2 .v 3 .tTuy nhiên, phần năng lượng nhận được của động cơ nhỏ hơn nhiều so với năng lượng của gió, và được xác định bằng hệ số sử dụng năng lượng ξ.	2. Lý thuyết động cơ gióĐộng cơ gióCấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ gióThiết kế chế tạo động cơ gióThiết kế chế tạo hệ thống điện gióĐộng cơ gióBiến đổi năng lượng gió thành cơ năng Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ gióGồm 3 khối bộ phận chính:Bánh công tác gió (Rotor blade)Bộ biên đổi năng lượng (Alternator)Tháp gió (Tower)Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ gióCấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ gióCấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ gió Nguyên lý làm việcGió làm bánh công tác chuyển động trong mặt phẳng quayCác bánh công tác nối với Rotor hub gắn cố định vơi Rotor bearings → làm quay trục chính Main shaftQua hệ thống cơ cấu bánh răng Pitch system truyền chuyển động quay tới trục của máy phát Generator biến đổi thành năng lượng điệnVideo Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ gióPhân loại:Dựa vào cấu tạo của bánh công tác gió và trục của động cơChia 4 loại:Loại Cánh dạng khí độngLoại Cánh phẳng trục đứngLoại Cánh tròn trục đứngLoại Trục đứng DariusTừng loại có những cấu tạo riêng và nguyên tắc vận hành đặc trưng Động cơ gió Cánh dạng khí độngRoscoe Wind Farm (780 MW, 627 turbine)Sử dụng phổ biến nhất trên thế giớiỞ MỹNền công nghiêp điện gió đứng đầu thế giớiSử dụng gần như toàn bộ để lắp đặt trong hệ thống điện gió Ở Đức và Tây Ban NhaNền công nghiệp điện gió số 1 tại châu ÂuChủ yếu sử dụng loại động cơ gió này	 Động cơ gió Cánh dạng khí độngGalicia farm, SpainNeuenkirchen farm, GermanyĐộng cơ gió Cánh dạng khí độngCấu tạo cánh gió:Có dạng khí động họcCho hiệu suât sử dụng rất caoSử dụng cho động cơ gió phát điện Động cơ gió Cánh dạng khí độngVị trí làm việc của bánh công tác gió trong dòng khíHoat động của bánh công tác gió:Trục cánh gió trùng với hướng gió → R với lực thành phần YKhi bánh công tác quay, trên mỗi phân tố của cánh đều có dòng khí chảy vàoTam giác vận tốc và lực tác dụng lên cánhTam giác vận tốc lựcĐộng cơ gió Cánh dạng khí độngHệ số sử dụng: ξ = 0.3 – 0.42 → Đây chính là ưu điểm lớn nhất của loại động cơ nàyNhược điểm:Chi phí sản xuất khá caoĐộng cơ gió cánh phẳng trục đứngCấu tạo và nguyên lý	Cánh gió phẳngHai bên trục là 2 phần cánh gióTại mỗi thời điểm chỉ 1 phần cánh gió chuyển động trùng hướng gió, phần kia xu hướng chuyển động ngược hướng gió → chế tạo thêm tấm chắn thích hợp → làm giảm lực cản 	Hiện nay có phương pháp mới để làm giảm lực cản nàyĐộng cơ gió cánh phẳng trục đứngNhược điểm: 	Vcanh <= Vgio Bề mặt chiếm chỗ của bánh CTG gần như bị che phủ hoàn toàn→ Hệ số sử dụng thấp: ξ 0.1 - 0.18Ít được sử dụng trong thực tiễnĐộng cơ gió rotor cánh tròn trục đứngCấu tạo bởi các phần mặt trụ ghép với nhau quanh trục đứngChê tạo vào năm 1920 bởi J. SavoniusTốc độ chậm, hệ số sử dụng thấpÍt được sử dụng: sử dụngChạy máy bơm nướcChạy máy phát điện tốc độ thấpĐộng cơ gió trục đứng DarrieusDo Darrieus sáng chế vào 1925Cánh thẳng – cánh cong gọn nhẹHiệu suất khá cao 0.35Đang trong giai đoạn nghiên cứu nên chưa được ứng dụng rộng rãi2. Lý thuyết động cơ gióĐộng cơ gióCấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ gióThiết kế chế tạo động cơ gióThiết kế chế tạo hệ thống điện gióThiết kế chế tạo động cơ gióTháp gióĐộng cơ điệnBánh công tác gióThiết kế chế tạo bánh công tác gióTính toán kích thước động cơ gióĐường kính bánh công tác gió:	D = 	Trong đó: 	N: Công suất (kW)	V: Vận tốc (m/s) 	 ξ: Hệ số sử dụng năng lượng gióTốc độ quay	n= 	Trong đó: 	Z: Độ cao tốc đặc trưng cho tốc độ quay nhanh của bánh công tác gió, R: Bán kính bánh công tác gió (m)Chọn số cánhVới động cơ gió phát điện yêu cầu tốc độ cao → dùng loại ít cánh (2, 3 cánh)Với động cơ gió bơm nước không yêu cầu tốc độ cao → dùng loại nhiều cánh (10 – 24 cánh)Tính toán biên dạng cánhCó ảnh hưởng quyết định đến hiệu suất động cơSử dụng loại cánh khí động học : dùng cho động cơ gió phát điệnSử dụng loại cánh cong, mỏng dùng cho động cơ gió bơm nướcThiết kế chế tạo bánh công tác gióThiết kế chế tạo hệ thống điện gióHệ thống điện gióĐộng cơ gióMáy phát điệnCác đường dây truyền tải và các thiết bị khác: pin, cơ cấu hộp số, đai truyền, biến tốc, hệ thống máy tính, Yêu cầu: Phải phối hợp nhịp nhàng giữa động cơ gió và máy phát điệnVideo3. Ứng dụng Năng lượng gió.Động cơ gió cơ họcĐộng cơ gió phát điệnĐộng cơ gió cơ họcCối xay gióPhát minh bởi người Hồi giáo nam 634Biến động năng của gió thành dạng cơ năng có ích : Xay bộtBơm nướcĐộng cơ gió phát điệnĐây là ứng dụng quan trọng nhấtNâng cao hiệu suất động cơ gióNâng cao hiệu suất động cơ gióĐiều chỉnh theo hướng giógiữ cho mặt phẳng quay của cánh luôn vuông góc với hướng gióĐịnh hướng bằng đuôi lái: P < 15KWĐịnh hướng băng một cánh quạt phụ nhỏĐịnh hướng nhờ chuyển động điệnNâng cao hiệu suất động cơ gióĐiều chỉnh tốc độ quay của cánh quạt: Hệ thống tự động thay đổi góc đặt cánh : dùng cho động cơ gió phát điện ít cánhHệ thống phanh khí động: chỉ dùng cho động cơ gió 2 cánhThe world's first automatically operated wind turbine was built in Cleveland in 1888 by Charles F. Brush. It was 60 feet tall, weighed four tons and had a 12kW turbine.Năng lượng gió ngoài khơiTiềm năng gió biển Để thực sự khai thác năng lượng gió, phải ra biểnTrên lục địa v~6m/sNgoài khơi v~10m/s →năng lượng gió tăng 5 lần	VD: Nauy : có thể sx 20000 tỷ	kWh mỗi năm	 đủ dùng cho 2 tỷ gia đìnhNăng lượng gió ngoài khơiGặt hái năng lượng gió biểnPhương pháp: đóng cọc xuống đáy biểnđộ sâu: 30mNhược điểm:giá xây nền móng caogiá lắp ráp caogiá bảo trì caokhắc phục: trại điện gió nổi do nhóm NC tại Houston, TexasNăng lượng gió ngoài khơiCác trại điện gió trên thế giới Năng lượng gió ở MỹNền công nghiệp gió vươn lên rất mạnh mẽNăm 2008 → số 1 thế giớiCông suất 25237 MW85000 nhân côngTrại gió lớn nhất: Roscoe Wind Farm, in Roscose TexasCông suất: 780 MW, Số lượng: 627 turbineĐến quý II 2009: Công suất đạt 29440 MWNăng lượng gió ở ĐứcĐứng đầu châu Âu, thứ hai thế giớiNăm 2008: Công suất 23933 MW, 19460 turbine, 70000 việc làmTrại gió lớn nhấtTiềm năng gió biển rất lớn: ~ 70% sản lượng điện gió cả nước.Năng lượng gió ở Tây Ban NhaĐứng thứ 3 thế giớiNăm 2008: Công suất 16543 MWChiếm ~ 11% tổng sản lượng điện cả nướcTrại gió IberdrolaNăng lượng gió ở Việt NamTính chất gió ở Việt Nam:Tốc độ trung bình lớnThay đổi theo mùaTiềm năng gió lớn nhất Đông Nam Á :Diện tích lãnh thổ có thể xây dựng các trạm điện gió cỡ lớn là 8,6 % ( Campuchia: 0,2 %, Lào : 2,9 %, Thái Lan: 0,2%)Tổng tiềm năng điện gió là : 513.360 MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thuỷ điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020.Xây dựng Điện gió ở Việt Nam2 vùng giàu tiềm năng nhất:Sơn Hải , Ninh ThuậnVùng đồi cát từ phía Tây Hàm Tiến đến Mũi Né( Bình thuậnVận tốc trung bình 6-7 m/s →công suất 3-3,5 MWKết hợp điện gió và thủy điện tích năngNhà máy điện gió Tuy Phong: Công suất 1,5 MW/turbineSố lượng : 5 turbineDự kiến đến cuối năm 2011:công suất là 120MW, 80 turbineGiá thành điện gióGiá thành = chi phí kinh tế +chi phí ngoài Giá thành điện gió ngày càng rẻSo sánh giá thành điện gió và thủy điệnNhà máy thủy điện Sơn La: 6 tổ máy, công suất 2400 MWDự kiến xây dựng trong 7 năm với tổng đầu tư 2,4 tỷ USD→để có được 1 kW thì cần đầu tư 1000 USDThời giá năm 2003 , đầu tư 1 kW điện gió khoảng 1000 USD.Dự đoán năm 2020, chỉ khoảng 600 USD/ 1kW →giá bán 30 USD/MWhMột số dự án trại điện gió trên thế giớiĐiện gió hồ Turkanna Kenya, châu Phi365 turbineCông suất :300 MWDiện tích xây dựng : 60000 ha→trang trại gió lớn nhất châu PhiMột số dự án trại điện gió trên thế giớiTrại gió ngoài khơi bán đảo Rockawaycông suât :700 MWCung cấp đủ điện cho 800000 hộ gia đìnhTổng kếtNăng lượng gió là nguồn năng lượng tái tạo sạch, hiện đang được đầu tư và phát triển mạnh mẽViệt Nam có tiềm năng về gió rất lớn, cần chú trọng phát triểnTài liệu tham khảo	1. Cơ sở năng lượng mới và tái tạo – PGS-Ts Đặng Đình Thống	2.Các Website		Trung tâm năng lượng gió toàn cầu			Thanks for yor Attention!