Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 3: Năng lượng gió (Phần 3) - Nguyễn Quang Nam
408004
Năng lượng tái tạo
Giảng viên: TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK1
Bài giảng 9
1
Ch. 3: Năng lượng gió
3.9. Ước lượng năng lượng của tuabin gió
3.10. Tính toán các đặc tính vận hành của tuabin gió
3.11. Tính toán kinh tế
3.12. Tác động môi trường của máy phát điện gió
Bài giảng 9
2
Phân cấp công suất gió
Bài giảng 9
3
Ước lượng năng lượng tuabin gió
• Không phải toàn bộ năng lượng gió được giữ lại – rôto loại
bỏ bớt gió tốc độ cao, còn gió tốc độ thấp thì quá chậm để
vượt qua lực cản.
• Tùy thuộc vào rôto, hộp số, máy phát, tháp, điều khiển,
vùng đất, và gió.
• Hiệu suất chuyển đổi toàn bộ (Cphg) là khoảng 30%
P
P
W
E
P
B
hg
Gearbox &
Generator
Power to
CP
Rotor
Power in
the Wind
Power
Extracted
by
Electricity
Blades
Bài giảng 9
4
Ví dụ 6.11 – Năng lượng tuabin gió hàng năm
• Cần dùng (6.16) để tìm v ở 50 m, với z cho độ nhám cấp 1
là 0,03 m (từ bảng 6.4)
ln(H / z)
v = v
(6.16)
= 6.39 m/s
0 ln(H0 / z)
ln(50 / 0.03)
ln(10 / 0.03)
v = 5 m/s
• Do đó, mật độ công suất trung bình của gió tại 50 m từ
(6.48) là
6 1
3
P /m2 = (1.225) 6.39 = 304.5 W/m2
( )
avg
2
Bài giảng 9
5
Ví dụ 6.11 – Năng lượng tuabin gió hàng năm
• Đường kính rôto là 48 m và hiệu suất toàn bộ là 30%, do
đó công suất trung bình của tuabin gió là
4
2
P = 0.3 304.5 W/m2 48 = 165303 W
( )
(
)
avg
• Do đó, năng lượng cung cấp trong 1 năm là
Energy =165.303 kW8760 hrs/yr = 1.44106 kWh/yr
Bài giảng 9
6
Trang trại gió
• Thông thường, sẽ có ý nghĩa hơn nếu lắp đặt một
số lượng lớn tuabin gió tại một trang trại hay công
viên gió .
• Lợi ích
– Có thể tận dụng vị trí có gió tốt
– Giảm chi phí phát triển
– Đơn giản hóa liên kết với hệ thống truyền tải
– Truy cập tập trung để vận hành và bảo dưỡng
• Nên lắp bao nhiêu tuabin ở một vị trí?
Bài giảng 9
7
Trang trại gió
• Ta biết rằng gió giảm tốc độ khi xuyên qua cánh.
Công suất lấy ra từ cánh:
1
2
P = m 2
(6.18)
(
)
b
d
2
• Trích công suất bằng cánh sẽ làm giảm công suất
đến được máy nằm phía sau
• Khoảng cách giữa các tuabin bao nhiêu là đủ để
tốc độ gió được phục hồi trước khi gặp tuabin tiếp
theo?
Bài giảng 9
8
Trang trại gió
Bài giảng 9
9
Trang trại gió
• Kết quả nghiên cứu ở slide trước đó xem xét các cụm
vuông, nhưng các cụm vuông không có ý nghĩa lắm
• Các cụm hình chữ nhật với vài hàng dài sẽ tốt hơn
• Khoảng cách được khuyến cáo là 3-5 lần đường kính
rôto giữa các tháp trên cùng một hàng, và 5-9 lần
đường kính rôto giữa các hàng
• Các hàng thường được đặt lệch nhau
• Phổ biến là theo hướng gió thịnh
Bài giảng 9
10
Trạng trại gió – Khoảng cách tối ưu
Số liệu ước
tí nh cho GE
1.5 MW ở
vùng trung tâ y
là 1 tháp mỗi
80 acre
3D to 5D
Figure 6.29
7D
Khoảng cách tối ưu là 3-5
lần đường kính rô to giữa
cá c thá p và 5-9 lần giữa
cá c hàng
5D to 9D
4D
Bài giảng 9
11
Ví dụ 6.12 – Tiềm năng của một trang trại gió
• Một trang trại gió có khoảng cách 4 lần đường kính
rôto dọc theo hàng, và 7 lần đường kính rôto giữa các
hàng
• Hiệu suất tuabin gió là 30%, hiệu suất cụm là 80%
4D
7D
7D
4D
Bài giảng 9
12
Ví dụ 6.12 – Tiềm năng của một trang trại gió
a. Tính sản lượng năng lượng hàng năm trên mỗi
đơn vị diện tích đất nếu mật độ công suất ở chiều
cao trục máy là 400-W/m2 (giả sử 50 m, gió cấp 4)
b. Chi phí thuê đất là bao nhiêu $/kWh nếu đất được
thuê từ một nông dân với mức $100/acre-năm?
Bài giảng 9
13
Ví dụ 6.12 – Tiềm năng của một trang trại gió
a. Với 1 tuabin gió:
Diện tích đất bị chiếm = 4D 7D = 28D2
1
Annual Energy Production = Av3 t h
2
1
4
where v3 = 400 W/m2 and A = D2
2
Sản lượng năng lượng hàng năm/diện tích đất
400 W
D m
8760hr
1
kWh
(m2 yr)
2
=
0.30.8
= 23.588
( )
m2 4
yr
28D2
Bài giảng 9
14
Ví dụ 6.12 – Tiềm năng của một trang trại gió
$100
b. 1 acre = 4047m2
Land Cost =
acreyr
Trong phần (a), ta tìm được
Annual Energy
Land Area
kWh
(m2 yr)
= 23.588
Hay tương đương
kWh 4047 m2
kWh
23.588
= 95,461
(m2 yr) acre
(acreyr)
Do đó, chi phí thuê trên mỗi kWh là
$100 / acreyr
lease cost =
= $0.00105/kWh
95,461 kWh / acreyr
Bài giảng 9
15
Sự thay đổi của gió theo thời gian
• Chúng ta cần xem xét không chỉ mức độ thường
xuyên của gió mà còn tương quan giữa thời gian
có gió và phụ tải điện.
• Biểu đồ gió thay đổi khá nhiều theo vị trí địa lý,
trong đó vùng ven biển và núi có gió ổn định hơn.
Bài giảng 9
16
Cánh rôto trích năng lượng gió như thế nào
Nguyên lý Bernoulli – áp suất khí phía trên thấp hơn áp suất
khí phía dưới vì nó phải di chuyển xa hơn, tạo ra lực nâng.
Bài giảng 9
17
Cánh rôto trích năng lượng gió như thế nào
• Không khí di chuyển về phía cánh tuabin do chuyển
động của gió, nhưng cũng gió chuyển động của cánh
tuabin
• Mũi cánh tuabin di chuyển nhanh hơn nhiều so với
gốc cánh, do đó cánh tuabin được xoắn dần từ gốc
đến mũi cánh tuabin, để giữ cho góc xung kích ổn định
Bài giảng 9
18
Cánh rôto trích năng lượng gió như thế nào
• Tăng góc xung kích (angle of attack) sẽ làm tăng lực
nâng, nhưng cũng làm tăng lực ghì lại
• Nếu góc xung kích quá lớn, tuabin sẽ bị “đứng” khi
nhiễu khí động làm mất lực nâng
Bài giảng 9
19
Đường cong công suất lý tưởng hóa
Vận tốc gió vào, vận tốc gió định mức, vận tốc gió cắt thoát
Bài giảng 9
20
Tải về để xem bản đầy đủ
43 trang
29/04/2022
7420
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 3: Năng lượng gió (Phần 3) - Nguyễn Quang Nam", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_nang_luong_tai_tao_chuong_3_nang_luong_gio_phan_3.ppt
