NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ ỨNG DỤNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI : NĂNG LƯỢNG GIÓ & ỨNG DỤNG Giáo viên hướng dẫn :PGS.TS Đặng Thành Trung Nhóm thực hiện : Nhóm 7 NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ ỨNG DỤNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI : NĂNG LƯỢNG GIÓ & ỨNG DỤNG Giáo viên hướng dẫn :PGS.TS Đặng Thành Trung Danh sách nhóm 7: Trần Nhật Tân 14147076 Lương Thái Học 14147034 Phạm Khang Tới 14147085 Phạm Thanh Hải 14147026 Võ Thành Đạt 14147014 Du Hoàng Hải 14147024 NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ Trong bối cảnh sự thay đổi khí hậu đang ngày càng hiện hữu thì người ta ngày càng ý thức được hơn sự hữu hạn của các nguồn tài nguyên. Giá dầu khí và giá lương thực tăng từng ngày, cùng với đó là sự tăng trưởng không ngừng của dân số thế giới báo hiệu sẽ nổ ra một cuộc cạnh tranh gay gắt hơn trong cuộc đua tìm kiếm các nguồn năng lượng và các tài nguyên khác. Nhưng cùng với đó là sự đa dạng sinh học, một kho báu của các nguồn tài nguyên kinh tế chưa được khai thác, lại đã và đang bị đe dọa và hủy hoại một cách vô trách nhiệm. Trong khi đó, gió là một nguồn năng lượng sạch và vô hạn, nó miễn dịch với những biến động và biến động của ngành công nghiệp nhiên liệu hóa thạch. Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay từ thời Trung cổ. Từ sau những cuộc khủng hoảng dầu trong thập niên 1970 việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác được đẩy mạnh trên toàn thế giới. Mặc dù điện gió bắt đầu được thế giới nghiên cứu từ 25 năm trước, nhưng chỉ trong gần 10 năm trở lại đây nó mới khẳng định được vị trí trên thị trường năng lượng thế giới khi sản lượng điện gió tăng trưởng một cách ngoạn mục với tốc độ trung bình 28%/năm, cao nhất trong tất cả các nguồn năng lượng hiện có. Một nghiên cứu mới cho rằng, chỉ riêng gió mặt đất cũng có thể bảo đảm hơn 20 lần năng lượng tiêu thụ của toàn thế giới, còn những turbines trên diều không khí về tiềm năng có thể thu được một số lượng năng lượng lớn hơn đến 100 lần nhu cầu hiện nay. Điều đó chứng tỏ gió là nguồn năng lượng hiện đại số một trên thế giới hiện nay. NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ ỨNG DỤNG Chương I: Tổng quan về năng lượng gió 1. Khái niệm Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất. Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. 2. Sự hình thành năng lượng gió NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH GIÓ Trục quay của Trái Đất nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo do nó tạo thành khi quay quanh Mặt Trời tạo thành các dòng không khí theo mùa. Gió địa phương. VD gió biển: ban ngày gió thổi từ biển vào đất liền, ban đêm gió thổi theo chiều ngược lại. Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho nước và bầu khí quyển nóng lên không đều nhau, dẫn tới sự chênh lệch về áp suất làm cho không khí dịch chuyển tạo thành gió. Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thẳng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu. VD : Mặt ban ngày của Trái Đất nhận được nhiều ánh sáng mặt trời hơn mặt ban đêm và cường độ bức xạ ở xích đạo lớn hơn ở 2 cực 3. Vật lý học về năng lượng gió Năng 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 là: m = ρ V = ρ Avt = ρ π r 2 vt ρ: 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. NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ ỨNG DỤNG Vì thế động năng E và công suất P của gió là: mE 2 1 = v 2 = ρ π 2 r 2 tv 3 P = ρ π 2 = t E r 2 v 3 Ta thấy công suất gió tăng theo lũy thừa 3 của vận tốc gió nên vận tốc gió là một trong những yếu tố quyết định khả năng sử dụng năng lượng gió. Công suất gió có thể được sử dụng thông qua một turbines để phát điện, nhỏ hơn rất nhiều so với năng lượng của luồng gió vì vận tốc của gió ở phía sau một turbines không thể giảm xuống bằng không. Trên lý thuyết chỉ có thể lấy tối đa là 59,3% năng lượng tồn tại trong luồng gió. 4. Ưu, nhược điểm của năng lượng gió Ưu điểm Nhược điểm NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ ỨNG DỤNG - Là một nguồn tài nguyên tái tạo hoàn toàn, sạch và không gây ô nhiễm môi trường. - Nguồn nguyên liệu miễn phí, không tốn nhiên liệu. - Chi phí vận hành thấp. - Hiệu suất cao. - Lợi nhuận cao, giá thành thấp. - Tốn ít diện tích xây dựng, không ảnh hưởng nhiều đến trồng trọt và chăn nuôi. - Có thể lắp turbines gió ở nhiều địa hình khác nhau nên tiết kiệm được chi phí truyền tải. - Vốn đầu tư ban đầu lớn, chi phí lắp ráp và chi phí bảo trì cao. - Phải có trình độ kỹ thuật cao khi thiết kế và vận hành. - Phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết. - Ô nhiễm tiếng ồn. - Turbines quay ảnh hưởng đến tầm quan sát xa và nhiễu sóng vô tuyến. => Ngoài ra còn 1 số ảnh hưởng khác nhưng các ảnh hưởng này đều không đáng kể. 5. Ứng dụng của năng lượng gió Từ lâu năng lượng gió đã được con người biết đến và sử dụng để tạo thành cơ năng thay thế cho sức lao động nặng nhọc của con người. Thế kỷ XIV, năng lượng gió đã được sử dụng để tạo công cơ học nhờ các cối xay gió, làm di chuyển thuyền buồm và khinh khí cầu. Cùng với sự phát triển của Khoa học kỹ thuật hiện đại và nhu cầu năng lượng, đặc biệt là năng lượng sạch, năng lượng gió được chú trọng trong nghiên cứu phát triển và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Cối xay gió Thuyền buồm Khinh khí cầu Năng lượng gió được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như kinh tế, du lịch, chính trị như xe chạy bằng năng lượng gió tiết kiệm nhiên liệu, các turbines gió cho các động cơ máy bay phản lực dùng trong chiến tranh, các cánh đồng gió mang lại cảnh quan đẹp thu hút khách du lịch, Đặc biệt, động cơ gió còn có ứng dụng quan trọng trong bơm nước và công nghệ phát điện. Năng lượng gió có rất nhiều ứng dụng 5.1. Ứng dụng động cơ gió bơm nước Động cơ gió bơm nước có hai loại máy bơm nước hỗ trợ là máy bơm qua lại truyền thống và hệ thống máy bơm khí nén. Máy bơm qua lại truyền thống có cối xay gió nằm trực tiếp trên nguồn nước. Bơm nước bằng guồng đạp nước truyền thống có chi phí rẻ nhưng hiệu suất thấp hoặc bằng bơm piston hoặc bơm màng để hiệu suất cao hơn. Hệ thống bơm khí nén được sử dụng phổ biến hơn vì chi phí thấp. Đây là loại máy bơm dựa vào hoạt động của cối xay gió để nén khí kích hoạt máy bơm nằm trong nước. Nước được bơm cho đến khi van nổi lên để đóng mở cửa, đồng thời khí nén hất nước ra cửa bơm và đẩy lên máng. Động cơ gió bơm nước 5.2. Ứng dụng động cơ gió phát điện Đây là ứng dụng quan trọng nhất của động cơ gió. Dựa trên nguyên tắc hoạt động của cối xay gió, người ta nghiên cứu máy phát điện gió để sản xuất điện năng. Trên cơ sở áp dụng những thành tựu mới của khoa học công nghệ, các cánh gió của cối xay gió cũng như các thiết bị xây dựng được chế tạo đặc biệt hơn thành turbines gió. Hệ thống phát điện gió Chương II: Turbines gió 1. Phân loại - Turbines gió trục ngang (cánh dạng khí động). - Turbines gió trục đứng: dạng cánh phẳng trục đứng. dạng roto cánh tròn trục đứng. trục đứng Darrieus. Nội dung Turbines gió cánh dạng khí động (được sử dụng rộng rãi nhất) Turbines gió cánh phẳng trục đứng Cấu tạo cánh gió Có dạng khí động học, cho hiệu suất sử dụng rất cao, sử dụng cho động cơ gió phát điện. - Cánh gió phẳng. - Hai bên trục là hai phần cánh gió. Hoạt động của bánh công tác gió - Trục cánh gió trùng với hướng gió => R với lực thành phần Y tạo momen quay. - Khi bánh công tác gió quay, trên mỗi phân tố của cánh đều có dòng khí chảy vào. - Tam giác vận tốc và lực tác dụng lên Tại mỗi thời điểm chỉ một phần cánh gió chuyển động trùng hướng gió, phần kia xu hướng chuyển động ngược hướng gió. => chế tạo thêm tấm chắn thích hợp để làm giảm lực cản. Phân loại - Loại ít cánh (quay nhanh) với số cánh từ 1 đến 4. - Loại nhiều cánh (quay chậm) với số cánh tới 24. Hệ số sử dụng 0,3 – 0,42 0,1 – 0,18 Nhượ c điểm - Chi phí sản xuất khá cao. - Chỉ đón gió một hướng. - V cánh ≤ V gió - Bề mặt chiếm chỗ của bánh công tác gió gần như bị che phủ hoàn [...]... Chương I: Tổng quan về năng lượng gió 3 1 Khái niệm 3 2 Sự hình thành năng lượng gió 3 3 Vật lý học về năng lượng gió 4 4 Ưu, nhược điểm của năng lượng gió 4 5 Ứng dụng của năng lượng gió 5 Chương II: Động cơ gió 7 1 Phân loại 7 2 Turbines gió trục ngang 9 2.1 1: Cấu tạo 9 2.2 2: Nguyên... trường năng lượng gió Hoa Kỳ đã tăng thêm 27% so với toàn cầu Texazs tiếp tục trở thành trung tâm phát triển dự án năng lượng gió ở Hoa Kỳ với dự án năng lượng gió có công suất hơn 45GW đang được triển khai Trung Quốc: Năm 2004 Trung Quốc đã có 43 khu điện gió với tổng công suất là 850 MW Tính đến cuối năm 2011, Trung Quốc đã dẫn đầu thế giới về năng lượng gió với tổng công suất lắp đặt năng lượng gió. .. động cơ gió 11 3.1 1: Các điều kiện lắp đặt 11 3.2 2: Tính toán sơ bộ các đặc điểm của turbines gió 13 Chương III: Ngành công nghiệp gió trên thế giới 15 1 Lịch sử phát triển năng lượng gió 16 2 Tình hình phát triển năng lượng gió 17 2. 1: Tình hình chung 19 2. 2: Các nước phát triển hàng đầu .22 3 Khái quát năng lượng gió tại... cộng như hiện nay Tổng kết Năng lượng gió là nguồn năng lượng tái tạo sạch, hiện đang được đầu tư và phát triển mạnh mẽ  Việt Nam có tiềm năng về gió rất lớn, cần chú trọng phát triển  TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Cơ sở năng lượng mới và tái tạo – PGS-Ts Đặng Đình Thống 2.Các Website http://www.gwec.net Trung tâm năng lượng gió toàn cầu http://www.alternative-energy-news.info http://www.wikipedia.com MỤC LỤC... nhưng hiệu suất thấp – chỉ bằng 18% * Đồ thị so sánh hiệu suất sử dụng năng lượng gió của các loại turbines gi : Hiệu suất sử dụng năng lượng gió của một số loại turbines gió 1.Cối xay gió cổ Hà Lan 5.Ba cánh 2.Savorius 6.Hai cánh tốc độ cao 3.Nhiều cánh 7.Darrieur 4.Lý tưởng 2 Turbines gió trục ngang 2.1 1: Cấu tạo Blades (Cánh quạt) Gió thổi qua các cánh quạt làm nó chuyển động và quay Roto Bao gồm... tốc gi : Các turbines gió có thể phát điện khi tốc độ gió từ 3 m/s và tự ngừng phát điện khi tốc độ gió vượt quá 25 m/s Tốc độ gió hiệu quả từ 10 - 17 m/s Công suất: Tùy theo mục đích sử dụng mà tính toán công suất cho turbines gió, có thể từ 1 kW tới hàng chục ngàn kW 3.2 2: Tính toán sơ bộ các đặc tính của turbines gió 3.2.1Một số thông số của turbines gió Đường kính cánh gi : D= 2080 N V 3ξη m V:... mượt mà hơn do ma sát của gió với bề mặt Trái Đất Thế nên để sử dụng tối ưu năng lượng gió, người ta phải lắp đặt động cơ càng cao so với mặt đất càng tốt Cánh gió của turbines trục ứng thường được lắp gần mặt đất nên không đón được gió vận tốc cao như ở trục ngang 3 Tính toán lắp đặt turbines gió 3.1 1: Các điều kiện lắp đặt Địa hình: Các turbines gió đặt ở ven biển cho sản lượng cao hơn các trạm nội... điện gió của nước này sẽ tăng lên tới 20GW, gấp 10 lần công suất hiện tại Đan Mạch: Thu nhập về xuất khẩu các sản phẩm điện gió của Đan Mạch hàng năm đã đạt đến 5-6 tỷ USD, sản phẩm máy phát điện gió của Đan Mạch chiếm 60-70% thị trường thế giới Đan Mạch hiện đang là nước ứng đầu thế giới về phát triển năng lượng gió với hơn 22% lượng điện của Đan Mạch được sản xuất từ nguồn năng lượng này Anh: Đến... khoảng 30 năm nữa, các nguồn năng lượng hóa thạch như than đá, dầu khí sẽ dần dần bị cạn kiệt; thủy điện sẽ trở thành một hiểm họa lớn cho môi trường Trong lúc đó điện năng từ các lò phản ứng hạt nhân vẫn còn là một khái niệm mơ hồ cho các nhà làm khoa học Việt Nam Cuối cùng, chỉ còn lại hai nguồn điện năng sạch và có tính khả thi cao: đó là nguồn năng lượng mặt trời và năng lượng gió Theo kết quả khảo sát... 3.2.1Một số thông số của turbines gió Đường kính cánh gi : D= 2080 N V 3ξη m V: tốc độ gió (m/s) D: công suất (kW) : hệ số sử dụng năng lượng gió 3.2.2Biên dạng cánh Cánh quạt điện gió khi thiết kế phải đáp ứng nguyên tắc khí động lực học và định luật Betz để tạo được công suất cao ổn định 3.2.3Chọn số cánh - Với turbines gió phát điện yêu cầu tốc độ cao, hiệu suất cao nhưng không đòi hỏi momen khởi động