TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN  - BÁO CÁO NHẬP MÔN ĐIỆN NGUỒN NĂNG LƯỢNG THAY THẾ - NĂNG LƯỢNG GIÓ (KĨ THUẬT) GVHD : TS NGUYỄN THỊ MINH CHÂU Sinh viên thực Họ tên MSSV Lớp Mai Văn Quyết 20102057 ĐTVT6 – K55 Phạm Anh Tuần 20102441 ĐTVT8 – K55 Mai Ngọc Điệp 20101376 ĐTVT8 – K55 Trương Văn Phong 20111938 CNTT-TT 2.1-K56 Hà Nội 12-2014 MỤC LỤC PHẦN I TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG THAY THẾ 1.1 Những nguồn lượng sử dụng 1.2 Những nguồn lượng thay 1.2.1.Năng lượng hạt nhân 1.2.2 Năng lượng nước ( Thuỷ ) 1.2.3 Năng lượng gió (Phong năng) 1.2.4 Năng lượng mặt trời ( Quang ) PHẦN II TỔNG QUAN NĂNG LƯỢNG GIÓ 2.1 Khái niệm lượng gió 2.2 Lịch sử phát triển 2.3 Nguồn tài nguyên gió 2.3.1 Sự hình thành lượng gió 2.3.2 Bản chất gió 2.4 Năng Lượng gió giới Việt Nam 2.4.1 Thống kê tổng công suất lượng gió tồn giới 2.5 Năng lượng gió Việt Nam Triển vọng phát triển 12 2.5.1 Tình hình cung- cầu điện Việt Nam 12 2.5.2 Tiềm điện gió Việt Nam 13 2.5.3 Những khó khăn thách thức Việt Nam 14 2.5.4 Một số giải pháp 15 CHƯƠNG III CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TUỐC BIN NĂNG LƯỢNG GIÓ 18 3.1 Nguyên lý hoạt động 18 3.2 Cấu trúc tuốc bin gió 18 3.2.1 Cấu trúc tuốc bin gió có trục nằm ngang 18 3.2.2 Cấu trúc tuốc bin gió có trục dọc 20 3.3 Cấu trúc hệ thống lượng gió 21 3.3.1 Tháp đỡ 21 3.3.2 Tuốc bin 22 3.3.3 Cánh đón lấy gió 24 3.3.4 Điều khiển tốc độ 26 3.4 Tính tốn cơng suất tuabin gió 27 3.4.1 Tốc độ gió công suất 27 3.4.2 Vòng quét Roto 27 3.4.3 Mật độ khơng khí 28 CHƯƠNG IV KẾT LUẬN 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Năng lượng hóa thạch Hình 1.2 Năng lượng hạt nhân Hình 1.3 Năng lượng nước Hình 1.4 Năng lượng gió Hình 1.5 Năng lượng mặt trời Hình 2.1 Tổng dung lượng gió tích lũy tồn cầu từ 1990 đến 2007 (MW) 11 Hình 2.2 Dung lượng lượng gió hàng năm từ 1991 đến 2007(MW) 12 Hình 3.1 Nguyên lý hoạt động tuabin gió 18 Hình 3.2 Cấu trúc tuốc bin gió có trục ngang 19 Hình 3.3 Tuốc bin gió có trục quay nằm ngang 20 Hình 3.4 Tuốc bin gió có trục quay nằm dọc 21 Hình 3.5 Phần tháp đỡ 22 Hình 3.6 Đường kính chiều cao tháp đỡ tuốc bin gió (600 kW) 23 Hình 3.7 Chiều cao tháp đỡ tương ứng với nhiều dung lượng khác tuốc bin gió 24 Hình 3.8 Rotor hai cánh đón gió 25 Hình 3.9 Rotor ba cánh đón gió 25 Hình 3.10 Các phương pháp điều khiển tốc độ sử dụng cho tuốc bin vừa nhỏ 26 Hình 3.11 Hiệu suất rôto 27 Hình 3.12 Hệ số mật độ khơng khí so với độ cao 29 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Tổng dung lượng lượng gió tồn giới lắp đặt từ năm 2007 đến hết năm 2008 Nguồn [GWEC] 11 BÁO CÁO NHẬP MÔN ĐIỆN 12/2014 LỜI MỞ ĐẦU Năng lượng (trong có điện năng) có vai trị vô quan trọng phát triển Quốc gia Năng lượng nhu cầu thiết yếu sinh hoạt nhân dân yếu tố đầu vào khơng thể thiếu nhiều ngành kinh tế khác, có tác động ảnh hưởng không nhỏ đến hoạt động kinh tế, trị, văn hóa, xã hội Ngày nay, phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật, ngành Công nghiệp sử dụng dạng lượng tăng mạnh Cùng với biến đổi khí hậu diễn biến phức tạp nên việc sử dụng lượng ngày tăng, nguồn lượng thiên nhiên khai thác tăng nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng lượng toàn cầu, nguồn lượng thiên nhiên dần cạn kiệt dẫn tới tình trạng khủng hoảng lượng toàn giới Các nguồn lượng truyền thống như: dầu mỏ, khí đốt tự nhiên than đá ngày cạn kiệt, đáp ứng nhu cầu lượng thêm 50-70 năm Vì vậy, cần phải tìm kiếm nguồn lượng để thay Giải pháp nghiên cứu sử dụng nguồn lượng tái tạo Vậy lượng tái tạo ? việc triển khai thực có thuận lợi khó khăn nào, phạm vi báo tìm hiểu _ BÁO CÁO NHẬP MÔN ĐIỆN 12/2014 PHẦN I TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG THAY THẾ 1.1 Những nguồn lượng sử dụng Đầu kỷ 21, Năng lượng hóa thạch ( Dạng lượng hình thành hàng triệu năm trước từ xác loài động thực vật ) cung cấp 85% tổng lượng tiêu thụ toàn cầu Ở Mỹ, hai phần ba lượng điện từ việc đốt cháy nguồn nhiên liệu hóa thạch than đá, dầu mỏ khí tự nhiên Theo số liệu thống kê Bộ Năng Lượng Cơ quan bảo vệ môi trường Liên bang, hoạt động thải mơi trường 2,3 tỷ carbon dioxide (2,5 tỷ Mỹ) vào năm 1999 Hơn 150 năm qua, ước chừng 245 tỷ ( 270 tỷ Mỹ ) carbon dạng carbon dioxide thải khơng khí việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch Nhiên liệu hóa thạch cung cấp lượng cho phương tiện giao thông, nhà máy cơng nghiệp, sưởi ấm tồ nhà sản sinh điện phục vụ đời sống người Tuy nhiên, tồn trữ nguồn nhiên liệu vô hạn chế mà thực tế thực Do vậy, chúng thường gọi nguồn tài nguyên phục hồi Đã có nhiều dự đốn đưa rằng, với tốc độ tiêu thụ lượng toàn cầu trữ lượng dầu khí tự nhiên thường xuyên nằm đà sụt giảm mạnh suốt kỷ 21 Than đá, nguồn nhiên liệu hóa thạch có trữ lượng lớn dầu khí tự nhiên, lại tác nhân gây nóng lên tồn cầu Hình 1.1 Năng lượng hóa thạch Một thực tế khơng thể tránh khỏi diễn nhu cầu lượng cho công nghiệp phát triển xã hội tân tiến phát triển liên tục tăng, chuyển hướng sử dụng sang nguồn lượng thay tương lai trở thành tất yếu Giữ gìn nguồn lượng có sử dụng chúng cách hiệu giải pháp kết hợp để giải triệt để vấn đề lượng, vấn đề mang tính cấp thiết thời đại ngày _ BÁO CÁO NHẬP MÔN ĐIỆN 12/2014 1.2 Những nguồn lượng thay 1.2.1.Năng lượng hạt nhân Năng lượng hạt nhân nguồn lượng thay có hai cách: Phân rã hạt nhân nguyên tử ( Nuclear fission: Sự phân hạch ) kết hợp hạt nhân nguyên tử ( Nuclear fusion: Sự tổng hợp hạt nhân ) Dù cách hai phương pháp mang lại nguồn lượng khổng lồ Nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng hạt nhân, xảy phân tách nguyên tử uranium plutonium, nhằm điều khiển phản ứng phân hạch Nhiệt giải phóng từ phản ứng phân hạch thu lại sử dụng để sản sinh điện Cho đến năm 2000, có 110 nhà máy điện nguyên tử xây dựng vận hành Mỹ Trong đó, 70% lượng điện tiêu thụ Pháp từ lượng hạt nhân Hình 1.2 Năng lượng hạt nhân Rất nhiều nhà khoa họctrên giới cho rằng, phản ứng tổng hợp hạt nhân giải pháp tối ưu cho vấn đề lượng toàn cầu tuơng lai Phản ứng tổng hợp hạt nhân mang lại lượng lượng lớn gấp bội so với phản ứng phân hạch Tuy nhiên, nay, khoa học đại chưa tìm cách điều khiển xảy phản ứng Mặc dù lượng hạt nhân dạng lượng sạch, rẻ tiền tương đối an tồn, cơng chúng khắp giới ngày dấy lên mối quan ngại sâu sắc với khía cạnh an toàn mà việc xây dựng vận hành nhà máy điện hạt nhân đem tới Những cố nhà máy điện hạt nhân Three Miles Island, Pennsylvania năm 1979 hay điển hình Chernobyl, Ukraine năm 1986 thải bầu khơng khí lượng lớn chất phóng xạ đồng thời gieo giắc nỗi kinh hoàng xảy thảm họa tương tự Thêm vào đó, vấn đề xử lý rác thải phóng xạ cách an tồn cần quan tâm cách mực _ BÁO CÁO NHẬP MÔN ĐIỆN 12/2014 1.2.2 Năng lượng nước ( Thuỷ ) Hình 1.3 Năng lượng nước Năng lượng từ dịng nước lưu động giải pháp sản sinh điện hiệu Nước tràn xuống từ đập nhà máy thuỷ điện làm quay tuốc bin nối với máy phát điện Năng lượng sản sinh sau phân bổ tới mạng lưới điện lớn, phục vụ đời sống người Canada, Mỹ Brazil quốc gia dẫn đầu giới sản lượng điện từ thuỷ Mặc dầu đem lại lợi ích to lớn, việc xây dựng đập cho nhà máy thuỷ điện lại ảnh hưởng sâu sắc tới môi trường xung quanh Lý đập gây ngập úng cho vùng đất phía phá vỡ dịng chảy tự nhiên nguồn nước bên móng chúng Điều đương nhiên tác động đến hệ sinh thái gây nên hậu khó lường trước 1.2.3 Năng lượng gió (Phong năng) Phong hình thức sử dụng lượng hình thành sớm người Vào đầu kỷ 20, nhiều nông trang sử dụng cối xay gió để bơm nước phát điện Ngày nay, coi nguồn lượng thay thế, phong khai thác nhà máy điện đại, với cánh tuốc bin nhẹ hoạt động hiệu Ở Mỹ, tiểu bang California Hình 1.4 Năng lượng gió _ BÁO CÁO NHẬP MÔN ĐIỆN 12/2014 Hampshire, Oregon hay Montana, vài trăm máy phát điện sức gió hoạt động đồng thời vùng đất trống trải có gió mạnh không ngừng thổi qua Một nhà máy điện từ sức gió lớn cung cấp điện sử dụng cho vài nghìn hộ dân Mỹ năm Một số công ty điện nước lên kế hoạch xây dựng tổ hợp máy phát điện sức gió ( Wind farm ) lớn Texas, New Jersey, Massachusetts, Minnesota số tổ hợp nhỏ Pennsylvania, Connecti-cut, New York trước năm 2020 Tới thời điểm đó, Bộ lượng Mỹ hy vọng sản lượng điện từ lượng gió đạt 5% tổng sản lượng điện Liên Bang Với công nghệ phát triển cho mục đích tăng hiệu khai thác, lượng gió dạng lượng thay sạch, rẻ, hứa hẹn vô dồi cho tương lai 1.2.4 Năng lượng mặt trời ( Quang ) Hình 1.5 Năng lượng mặt trời Năng lượng mặt trời nguồn lượng tự nhiên không gây ô nhiễm vô dồi Nguồn quang sử dụng để sưởi ấm tịa nhà, đun nóng nước sản sinh điện Tuy nhiên, hạn chế khó khăn việc thu thập ánh sáng mặt trời vào ngày thời tiết mây mù, bên cạnh chi phí sản xuất cịn cao Có hai loại hệ thống máy lượng mặt trời, hệ thống chủ động hệ thống thụ động Hệ thống thụ động thu thập lưu giữ lượng mặt trời vật liệu, cấu trúc thiết kế Một ví dụ điển hình cho hệ thống kiểu tịa cao ốc với mặt ngồi hồn tồn kính, giúp cho ánh nắng hấp thụ bên tường dày, nhằm lưu lại nhiệt giải phóng lượng lượng đêm Hệ thống máy lượng mặt trời chủ động sử dụng quạt máy bơm để luân chuyển nhiệt mà phận thu quang lấy Bộ phận thu quang có _ BÁO CÁO NHẬP MÔN ĐIỆN 12/2014 chức hấp thụ lượng mặt trời chuyển thành nhiệt sưởi ấm tịa nhà làm nóng nước Bộ phận thường có dạng phẳng, gắn cơng trình làm từ vật liệu hấp thụ nhiệt đồng nhơm, bao ngồi chất dẻo hay kính Nước khơng khí ln chuyển hệ thống hấp thụ nhiệt chuyển tới phận lưu giữ nhiệt năng, sau đó, nhờ hệ thống quạt máy bơm để thổi khí bơm nước nóng tới phịng cần sưởi ấm Với nơi sử dụng hệ thống máy lượng mặt trời, phải có hệ thống làm nóng thơng thường khác chạy dự phịng vào ngày khó thu thập ánh sáng Hiện nay, ánh sáng mặt trời hấp thụ chuyển trực tiếp thành điện nhờ đời pin mặt trời ( Hai hệ thống trước chuyển quang thành nhiệt năng, sau thành điện ) Pin mặt trời pin nhạy sáng hay kết hợp pin thiết kế để tạo điện áp nhờ chuyển đổi trực tiếp từ ánh sáng thành điện tiếp xúc với nguồn sáng Pin mặt trời sử dụng vệ tinh vũ trụ để cung cấp điện, hay đồng hồ đeo tay máy tính bỏ túi Những bảng gồm nhiều pin mặt trời lắp đặt hải đăng, thuyền bè hay nhà vùng hẻo lánh mà lưới điện khó vươn tới Nhà máy điện từ lượng mặt trời, sử dụng quang để sản sinh quay tuốc bin, giải pháp tiềm thay cho nhà máy điện chạy nhiên liệu hóa thạch với nhiều ưu điểm bật thân thiện với mơi trường… Tại California, cơng trình nhà máy điện từ lượng mặt trời, sử dụng thu làm Trong nguồn lượng thay tiềm gió Việt nam lớn, vượt trội so với tiềm nước láng giềng khu vực Theo kết đánh giá tiềm gió Ngân hàng Thế giới (2001) thơng qua nghiên cứu thực cho bốn quốc gia khu vực Đông Nam Á, Việt nam xác định quốc gia có tiềm gió lớn so với nước láng giềng khu vực Lào, Campuchia Thái Lan Tiềm năng lượng gió Việt Nam ước tính vào khoảng 513.360 MW, cao gấp sáu lần so với tổng công suất dự báo ngành điện vào năm 2020 Trong đó, khu vực hứa hẹn cho phát triển điện gió chủ yếu nằm vùng ven biển cao nguyên miền nam trung miền nam Việt nam Cũng theo nghiên cứu Ngân hàng Thế giới, ước lượng khoảng 8,6% tổng diện tích lãnh thổ Việt nam có tiềm gió với mức từ “cao” đến “rất cao”, phù hợp cho việc triển khai tuabin gió cỡ lớn (với tốc độ gió 7,0 m/s) Trong báo cáo này, xin giới thiệu phân tích vấn đề liên quan đến nguồn lượng thay - nguồn lượng gió _ BÁO CÁO NHẬP MÔN ĐIỆN 12/2014 PHẦN II TỔNG QUAN NĂNG LƯỢNG GIĨ 2.1 Khái niệm lượng gió Nguồn Năng lượng gió biến đổi lượng gió thành loại lượng hữu dụng điện sử dụng tuốc bin gió, nguồn lượng sản xuất từ tuốc bin gió nguồn lượng xanh, không gây ô nhiễm môi trường không gây hiệu ứng nhà kính 2.2 Lịch sử phát triển Năng lượng gió người sử dụng cách 5000 năm Nó người Hy lạp cổ đại ứng dụng để chạy thuyền buồm dịng sơng Nile Sau người Châu Âu ứng dụng lượng gió lĩnh vực giao thơng vận tải mục đích khác.Vào năm 1700 1800 ứng dụng để xay ngũ cốc, máy bơm nước… Tuốc bin gió lắp đặt để tạo điện sử dụng cho vùng nông thôn Mỹ vào năm 1890 sau liên tiếp thử nghiệm nối lưới hệ thống tuốc bin gió lắp đặt Một thử nghiệm lắp đặt tuốc bin gió có cơng suất 2MW lắp đặt Howard Knob năm 1979, tuốc bin gió 3MW lắp đặt scốt len vào năm 1988 Ngày khoa học công nghệ ngày phát triển, nhu cầu cung cấp điện nguồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt Những tuốc bin gió lớn lắp đặt ngày nhiều, mang lại lợi ích kinh tế môi trường to lớn Dung lượng trung bình tuốc bin gió vào khoảng 300 kW năm 1990 Những tuốc bin gió lắp đặt từ năm 1990 đến nằm phạm vi 1MW đến 3MW Những tuốc bin gió có cơng suất 5MW lắp đặt số quốc gia 2.3 Nguồn tài nguyên gió 2.3.1 Sự hình thành lượng gió Bức xạ mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất không đồng làm cho bầu khí quyển, nước khơng khí nóng không Một nửa bề mặt trái đất, mặt ban đêm bị che khuất không nhận xạ mặt trời thêm vào xạ mặt trời vùng gần xích đạo nhiều cực, có khàc nhiệt độ khác áp suất mà khơng khí xích đạo hai cực khơng khí mặt ban ngày mặt ban đêm trái đất di chuyển tạo thành gió Trái đất xoay trịn góp phần vào việc làm xốy khơng khí trục quay trái đất nghiêng (so với mặt phẳng quỹ đạo trái đất tạo thành quay quanh mặt trời) nên tạo thành dịng khơng khí theo mùa _ BÁO CÁO NHẬP MÔN ĐIỆN 12/2014 nhiên, việc áp dụng chế nên áp dụng bổ sung chế tài chế hỗ trợ khác để phát huy hiệu tối đa hỗ trợ phát triển NLTT Theo dự kiến kịch phát triển NLTT, Việt Nam khai thác 3.000 -5.000MW cơng suất với sản lượng 10 tỷ kWh từ NLTT vào năm 2025 Nếu có sách hỗ trợ hợp lý đóng góp lớn cho nhu cầu quốc gia sản lượng điện Theo nghiên cứu đánh giá sơ tiềm phát triển NLTT dài hạn tới 2050, khả phát triển NLTT cịn lớn nữa, đặc biệt lượng gió, địa nhiệt nhiên liệu sinh khối _ 17 BÁO CÁO NHẬP MÔN ĐIỆN 12/2014 CHƯƠNG III CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TUỐC BIN NĂNG LƯỢNG GIĨ 3.1 Ngun lý hoạt động Hình 3.1 Ngun lý hoạt động tuabin gió Năng lượng gió làm cho hai ba cánh quạt quay quanh rotor mà rotor nối với trục trục truyền động làm quay trục quay máy phát để tạo điện Các tuabin gió đặt trụ cao để thu hầu hết lượng gió độ cao cách mặt đất 30 mét tuabin gió có tốc độ nhanh hơn, bị luồng gió bất thường Các tuabin gió sử dụng cung cấp điện cho nhà cửa xây dựng, chúng nối tới mạng điện để phân phối mạng điện rộng 3.2 Cấu trúc tuốc bin gió 3.2.1 Cấu trúc tuốc bin gió có trục nằm ngang Có hai loại tuốc bin gió, tuốc bin gió có trục quay nằm ngang tuốc bin gió có trục nằm dọc Hình 3.1 cấu trúc tuốc bin gió có trục quay nằm ngang, Hình 3.2 3.3 tuốc bin gió có trục quay nằm ngang va trục nằm dọc _ 18 ... TỔNG QUAN NĂNG LƯỢNG GIÓ 2.1 Khái niệm lượng gió Nguồn Năng lượng gió biến đổi lượng gió thành loại lượng hữu dụng điện sử dụng tuốc bin gió, nguồn lượng sản xuất từ tuốc bin gió nguồn lượng xanh,... CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG THAY THẾ 1.1 Những nguồn lượng sử dụng 1.2 Những nguồn lượng thay 1.2.1 .Năng lượng hạt nhân 1.2.2 Năng lượng nước ( Thuỷ ) 1.2.3 Năng lượng. .. HÌNH ẢNH Hình 1.1 Năng lượng hóa thạch Hình 1.2 Năng lượng hạt nhân Hình 1.3 Năng lượng nước Hình 1.4 Năng lượng gió Hình 1.5 Năng lượng mặt trời