 Việt Nam có diện tích bờ biển dài với nguồn gió phong phú và ổn định, tốt cho các máy phong điện hoạt động và phát triển. Những địa điểm có tiềm năng phát triển phong điện bao gồm vùng ven biển, hải đảo, vùng núi cao biên giới. Đặc biệt là địa bàn các tỉnh Quảng trị, Bình định, vv… Điều này rất phù hợp cho việc giải quyết bài toán cung cấp điện sinh hoạt cho hộ gia đình ở các vùng sâu, vùng xa, vùng biên giới hải đảo để thay thế các trạm phát điện diezen đang hoạt động ở những khu vực này hiện nay. So sánh giữa hai hệ thống phong điện kiểu trục ngang và trục đứng cho thấy: Về lý thuyết, hệ thống trục đứng có những ưu điểm nổi trội so với hệ thống trục ngang: Có thể hoạt động ở tốc độ gió thấp, do đó độ cao của tháp thấp hơn, độ an toàn trong bão cao hơn; hiệu suất chuyển đổi công suất gió/cơ học cao hơn (tới 50%), do đó chi phí sản xuất, tiêu hao vật tư và chi phí đầu tư thấp hơn; khả năng công nghệ tốt hơn. Tuy nhiên, để phát huy được những ưu điểm trên, đặc biệt là việc nâng cao hiệu suất chuyển đổi công suất gió/cơ học ở các hệ thống có công suất lớn, đòi hỏi các cánh turbine phải có khả năng điều chỉnh chống cản gió trong hành trình không sinh công. Vấn đề này hiện chưa có được một -1- nguyên lý cũng như công nghệ phù hợp. Vì vậy, hệ thống trục đứng mới chỉ phổ biến ở dạng công suất nhỏ, không có cơ cấu điều khiển góc hứng gió của các cánh. Từ các lý do trên, việc thực hiện đề tài“Nghiên cứu, tnh toán, thit k cơ cấu dẫn động điều khiển góc cánh Turbine gió kiểu tr#c đứng cho máy phát điện công suất 10KW” là nội dung rất cần thiết, góp phần quan trọng trong nghiên cứu về hệ thống turbine gió kiểu trục đứng điều khiển góc hứng gió chủ động.  a. M#c tiêu Đề xuất cơ cấu dẫn động/điều khiển góc cánh turbine gió kiểu trục đứng với 5 cánh, phương hứng gió biến thiên. Đảm bảo tính hiệu quả về mặt kết cấu, nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng gió/cơ học của hệ thống VAWT. b. Ý nghĩa Kết quả nghiên cứu của đề tài là nguồn tài liệu bổ sung phục vụ cho việc học tập, nghiên cứu trong và ngoài nước. Kết quả của đề tài sẽ đóng góp vào việc thiết kế chế tạo hệ thống turbine gió điều khiển góc hứng gió -2- chủ động, phù hợp với điều kiện Việt Nam. Là cơ sở ban đầu cho phát triển ngành công nghiệp chế tạo các trạm phong điện cỡ trung bình, góp phần cung cấp nguồn năng lượng điện trong dân dụng, an ninh quốc phòng.  !"# a. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng đề tài nghiên cứu là cơ cấu dẫn động điều khiển góc cánh turbine gió kiểu trục đứng cho máy phát điện bằng sức gió công suất 10kW. b. Phạm vi nghiên cứu Cơ cấu điều khiển/dẫn động cánh turbine trong mô hình VAWT có khả năng điều chỉnh góc hứng gió, áp dụng cho các VAWT công suất nhỏ đến 10KW. $%&'() - Luận văn đã đề xuất được mô hình VAWT mới có khả năng điều chỉnh góc hứng gió các cánh turbine. Mô hình này có kết cấu hệ thống điều khiển/dẫn động cánh hoàn toàn bằng các cơ cấu cơ khí đơn giản, đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng gió/công suất cơ cao. - Đã thiết kế chi tiết hệ thống cơ cấu điều khiển/dẫn động cánh turbine cho mô hình VAWT đã đề xuất. -3- - Mô phỏng nguyên lý hoạt động của cơ cấu nói riêng và mô hình VAWT mới nói chung. *%+,-./ Luận văn được trình bày trong 4 chương với các nội dung chính như sau: Chương 1 Trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến nội dung của đề tài. Trên cơ sở đó xác định nhiệm vụ nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu của luận văn. Chương 2. Phân tích một số kết cấu VAWT có khả năng điều chỉnh góc hứng gió đã được nghiên cứu trên thế giới, từ đó đề xuất phương án thiết kế của luận văn dựa trên một số cải tiến phù hợp. Đồng thời cũng trình bày những cơ sở lý thuyết về lực khí động phục vụ cho việc tính toán, thiết kế và kiểm nghiệm đặc tính khí động học cho hệ thống VAWT đề xuất. Chương 3 Tính toán đặc tính kỹ thuật lực khí động cho thiết kế VAWT 10KW nhằm đánh giá tính hiệu quả về hiệu suất chuyển đổi năng lượng gió/công suất cơ học của mô hình VAWT đã đề xuất. Chương 4. Thiết kế chi tiết hệ thống điều khiển góc hứng gió cánh turbine của mô hình VAWT đề xuất. Kt luận và kin nghị. -4- % 0 12324256  7 Hiện nay, trong số các nguồn năng lượng mới, năng lượng bằng sức gió phát triển nhanh nhất trên thế giới vì nguyên liệu dồi dào, rẻ tiền, dễ áp dụng, sạch và không làm hại môi trường. Các máy phát điện lợi dụng sức gió (trạm phong điện) đã được sử dụng nhiều ở các nước châu Âu, Mỹ và các nước công nghiệp phát triển khác. Đức đang dẫn đầu thế giới về công nghệ phong điện. Hiện tại, các trạm phong điện trục ngang (gồm một máy phát điện có trục quay nằm ngang với turbine 3 cánh đón gió) đang được sản xuát và sử dụng phổ biến hơn nhiều so với các trạm phong điện trục đứng (gồm một máy phát điện có trục quay thẳng đứng với các cánh đón gió đặt thẳng đứng). Hiện có các loại máy phát phong điện với công suất rất khác nhau, từ vài trăm W tới hàng MW. Các trạm phong điện có thể hoạt động độc lập hoặc cũng có thể nối với mạng điện quốc gia. Các trạm phong điện có thể phát điện khi tốc độ gió từ 3 m/s (11 km/h), và tự ngừng phát điện khi tốc độ gió -5- vượt quá 25 m/s (90 km/h). Tốc độ gió hiệu quả từ 10 m/s tới 17 m/s, tùy theo từng thiết bị phong điện. Đối với hệ turbine gió kiểu trục ngang (HWAT). Đây là hướng đi chủ yếu của các công ty lớn cũng như của nhiều nhà khoa học trên thế giới, với những thành công vượt bậc về công nghệ, thể hiện qua sản phẩm mang tính thương mại hóa của một số hãng chế tạo nổi tiếng thế giới như Vestas (Denmark) với các sản phẩm V52-850 kW, V80-1.8 MW, V80-2.0 MW, V82-1.65 MW, V90-1.8&2.0 MW, V90-3.0 MW; Suzlon (India) với các turbine 950 kW to 2 MW; công ty GE Energy (USA) có các sản phẩm 1.500 - 3.600 kW; Siemens(germany) đưa ra thị trường các turbine lớn 1.3 MW, 2.3 MW và 3.6 MW; v v. Tuy nhiên các hệ thống này hiện được xem là rào cản lớn về mặt công nghệ chế tạo tại Việt Nam, do đó các dự án phát triển phong điện trong nước hiện đang đi theo hướng nhập khẩu thiết bị hoàn chỉnh để xây dựng các nhà máy điện gió tại một số khu vực tiềm năng.  1899:;</- !=> +?@= Các trang trại gió ngoài khơi đầu tiên là ở Cape Cod, Massachusetts. Trang trại gió lớn nhất thế giới là -6- Horse Hollow Trung tâm Năng lượng gió, tại Texas, với 421 turbine gió có khả năng cung cấp điện cho 220.000 hộ gia đình / năm. Ngày nay, năng lượng gió là một nguồn năng lượng hấp dẫn, thay thế cho nhiên liệu hóa thạch, vì nó rất phong phú, có thể tái tạo, phân phối rộng rãi, sạch sẽ và sản xuất không thải khí nhà kính. Tính đến năm 2009, tỷ lệ phần trăm điện mà có nguồn gốc từ năng lượng gió là 19% ở Đan Mạch, 13% ở Tây Ba Nha và Bồ Đào Nha, 7% ở Đức và Ireland. Hiện nay, năng lượng gió chủ yếu là chuyển đổi thành điện năng bằng cách triển khai turbine gió. Có nhiều turbine gió với những công suất khác nhau từ khoảng 1kW đến hàng MW. Chúng có thể phát điện khi tốc độ gió đạt 2,8m/s và tự ngưng phát điện khi tốc độ gió vượt quá 25m/s, và hoạt động hiệu quả trong tốc độ gió từ 10m/s đến 17m/s. Turbine gió được chia thành hai loại: một loại trục đứng giống như máy bay trực thăng (vertical axis wind turbines - VAWTs) và một loại trục ngang (horizontal axis wind turbines - HAWTs). Turbine gió trục ngang là loại phổ biến hơn, thường có 2 hay 3 cánh quạt. Ngày nay turbine gió trục ngang 3 cánh quạt được sử dụng rộng rãi. Turbine gió ngang có một trục rôto chính và máy phát điện ở phía -7- trên tháp, hoạt động theo chiều gió với bề mặt cánh quạt hướng về chiều gió đang thổi nhờ một van gió, chúng rất lý tưởng cho những nơi hướng gió thay đổi thường xuyên. Không giống như turbine dọc, turbine gió dạng trục ngang hoạt động đúng hướng gió, và cánh turbine dao luôn luôn di chuyển vuông góc với gió, năng lượng nhận được thông qua toàn bộ luân chuyển. Do khả năng đa chiều, turbine gió trục ngang có thể chuyển đổi thành năng lượng gió nhiều hơn cho hiệu quả cao hơn và sản lượng điện tốt hơn turbine gió trục dọc. Hơn nữa, các cơ sở tháp cao cho phép gió vào mạnh hơn, luồng gió ổn định hơn là gần mặt đất. Hình 1.1. Cấu tạo bộ dẫn động cơ khí của turbine gió trục ngang -8- Bên cạnh đó, HAWTs có một số nhược điểm như là:  Cần phải xây dựng một tháp lớn để lắp đặt hệ thống turbine có trọng lượng lớn, hộp số và máy phát điện, HAWTs cao rất khó để lắp đặt, cần cẩu rất cao và đắt tiền và cần có kỹ năng vận hành.  Các tòa tháp cao và cánh turbine lên đến 45 mét, dài rất khó để vận chuyển. Giao thông vận tải có thể số tiền đến 20% chi phí thiết bị.  Chiều cao của HAWTs làm ảnh hưởng đến tầm nhìn rộng, phá vỡ cảnh quan và đôi khi tạo ra sự phản đối của địa phương.  HAWTs cần phải có thêm bộ phận lái các cánh turbine và vỏ động cơ về hướng gió.  Các cánh quay vuông góc với hướng gió gây nên sự mỏi của cơ cấu.  Để giảm thiểu sự mỏi do nhiễu loạn không khí, turbine gió thường được định vị cách nhau một khoảng bằng 5 lần đường kính rôto, nhưng khoảng cách phụ thuộc vào nhà sản xuất và mô hình động cơ turbine. Mặc dù ít phổ biến hơn nhưng turbine gió dạng trục dọc vẫn luôn được quan tâm và có liên tục có những thiết kế, mô hình mới. Các thiết kế cho turbine gió trục đứng hiện nay có nguồn gốc chủ yếu từ các nhà phát minh mang tính cá nhân. VAWTs có rôto trục -9- chính được bố trí theo chiều dọc, lợi thế chính của sự sắp xếp này là turbine không phải xoay cả hệ thống theo phương gió. Ưu điểm của VAWTs là máy phát điện và hộp số của nó có thể được đặt gần mặt đất, làm cho việc bảo trì được dễ dàng hơn và giảm chi phí xây dựng ban đầu. VAWTs nằm gần mặt đất có thể tận dụng lợi thế ở những đỉnh núi bằng phẳng, ngọn đồi, qua kênh gió và tốc độ gió tăng lên. Hơn nữa, VAWTs có thể được xây dựng tại địa điểm mà các cấu trúc cao đều bị cấm. VAWTs có tốc độ gió khởi động thấp hơn HAWTs. Thông thường, chúng bắt đầu tạo ra điện ở tốc độ gió 6 mph (2,8m/s). -10- [...]... theo, luận văn sẽ trình bày phần thiết kế cơ cấu đi u khiển /dẫn động cánh turbine cho mô hình VAWT đề xuất trên đây, đồng thời thiết kế hệ thống này cho VAWT 10KW đã được tính toán trong chương này -14Chương 4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU DẪN ĐỘNG ĐI U KHIỂN GÓC CÁNH TURBINE 4.1 Phân tích nguyên lý đi u khiển -dẫn động cánh turbinee 4.2 Phân tích động học cơ cấu 4.2.1 Tính số bậc tự do 4.2.2 Tính tỷ... tỷ số truyền với các cánh ở nửa bên có răng của bánh răng 1 4.3 Thiết kế cơ cấu đi u khiển - dẫn động cánh hệ thống VAWT 10KW 4.3.1 Thông số thiết kế các chi tiết trong cơ cấu đi u khiển 05 cánh turbine 4.4 Mô phỏng nguyên lý hoạt động của hệ thống VAWT mới 4.5 Kết luận chương 4 Cơ cấu đi u khiển /dẫn động cánh turbine được thiết kế đảm bảo khả năng đi u khiển góc xoay cánh turbine ½ vòng lien tục... hình VAWT - Đã thiết kế chi tiết hệ thống cơ cấu đi u khiển /dẫn động cánh turbine cho mô hình VAWT đã đề xuất, có khả năng đi u chỉnh góc hứng gió các cánh turbine Mô hình này có kết cấu hệ thống đi u khiển /dẫn động cánh hoàn toàn bằng các cơ cấu cơ khí đơn giản, -17đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng gió/công suất cơ cao - Mô phỏng nguyên lý hoạt động của cơ cấu nói riêng và mô hình VAWT mới nói chung... hướng nghiên cứu động lực học cánh turbine nhằm nâng cao hiệu quả mặt hứng gió và giảm thiểu ảnh hưởng của mặt cản gió cho cánh turbine Những công bố mới theo hướng nghiên cứu cơ cấu đi u khiển góc cánh turbine nhằm đạt hiệu quả tối đa ở hành trình hứng gió và cản tối thiểu ở hành trình cản gió Các công bố này chủ yếu mới dừng ở sáng tạo về mặt nguyên lý - Tính toán thiết kế cơ cấu dẫn động đi u khiển góc. .. cánh turbine gió kiểu trục đứng trong máy phong đi n công suất 10KW” luận văn thạc sỹ, 2009 [3] Dương Văn Đồng, Nghiên cứu, tính toán và thiết kế biên dạng cánh turbine gió trục đứng cho máy phát đi n công suất 3KW” luận văn thạc sỹ, 2010 [4] PGS TS Nguyễn Văn Vượng, Sức bền vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2000 [5] Kỷ yếu, Hội thảo toàn quốc về giảng dạy Nguyên lý-Chi tiết máy, Đại học Kỹ thuật. .. và lắp đặt dễ dàng -16KẾT LUẬN - Với mục tiêu, đề xuất cơ cấu dẫn động/ đi u khiển góc cánh turbine gió kiểu trục đứng với 5 cánh, phương hứng gió biến thiên Đảm bảo tính hiệu quả về mặt kết cấu, nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng gió /cơ học của hệ thống VAWT Luận văn đã tiến hành nghiên cứu, phân tích một số kết cấu VAWT có khả năng đi u chỉnh góc hứng gió đã được nghiên cứu trên thế giới, từ... ĐỀ CƠ SỞ 2.1 Cơ sở tính toán lực khí động 2.1.1 Lý thuyết Albert Betz 2.1.2 Mô hình toán lực khí động trên cánh turbine 2.2 Một số dạng kết cấu VAWTs đi n hình 2.2.1 Kiểu VAWT cánh cố định 2.2.2 Kiểu VAWT góc cánh thay đổi nhằm tăng hiệu suất 2.2.3 Phân tích kết cấu Novel VAWT có khả năng đi u chỉnh góc hứng gió 2.2.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của kết cấu 2.3 Đề xuất kết cấu VAWT mới khả đi u. .. trong hành trình sinh công, cho phép diện tích hứng gió luôn đảm bảo, đồng thời xích truyền động cánh turbine được ngắt trong hành trình cản, do vậy cánh turbine được cố định ở vị trí vuông góc với giá đỡ giúp giảm thiểu công cản trong hành -15trình này Toàn bộ vị trí tương quan này đã được mô phỏng kiểm chứng Bên cánh đó, kết cấu đi u khiển /dẫn động cánh turbine sử dụng các cơ cấu bánh răng nên chế tạo... đi u khiển góc cánh Turbine cho kết quả tương đối tốt với các loại cánh có biên dạng không phức tạp, việc lựa chọn sử dụng cơ -1 8cấu này hoàn toàn có thể chấp nhận được Song đối với hệ thống turbine có biên dạng và góc xoay cánh phức tạp, không theo quy luật nhất định thì còn gặp nhiều khó khăn, đây cũng là một trong những nhược đi m khi sử dụng cơ cấu Với một đề tài nghiên cứu luận văn thạc sỹ, thời... vực nghiên cứu còn mới này, kết quả của đề tài có thể ứng dụng trong các hệ thống VAWTs có công suất nhỏ và nó sẽ là cơ sở mở ra một hướng nghiên cứu tính toán thiết kế cơ cấu đi u khiển góc xoay cánh turbine cho hiệu quả cao hơn -19TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đinh Bá Trụ, Hoàng Văn Lợi, Hướng dẫn sử dụng ANSYS, Hà Nội, 2003 [2] ThS Chu Đức Quyết, “ Mô hình hóa, tính toán thiết kế hệ thống cánh . tượng nghiên cứu Đối tượng đề tài nghiên cứu là cơ cấu dẫn động đi u khiển góc cánh turbine gió kiểu trục đứng cho máy phát đi n bằng sức gió công suất 10kW. b. Phạm vi nghiên cứu Cơ cấu đi u khiển /dẫn. có cơ cấu đi u khiển góc hứng gió của các cánh. Từ các lý do trên, việc thực hiện đề tài Nghiên cứu, tnh toán, thit k cơ cấu dẫn động đi u khiển góc cánh Turbine gió kiểu tr#c đứng cho máy. đi u khiển /dẫn động cánh turbine cho mô hình VAWT đã đề xuất, có khả năng đi u chỉnh góc hứng gió các cánh turbine. Mô hình này có kết cấu hệ thống đi u khiển /dẫn động cánh hoàn toàn bằng các cơ cấu