CHUYÊN ĐỀ 10: KỸ THUẬT SẢN XUẤT NĂNG LƯỢNG GIÓ NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN TUY PHONG KHÁI QUÁT 1.1 Định nghĩa lượng gió Năng lượng gió động không khí di chuyển bầu khí Trái Đất Năng lượng gió hình thức gián tiếp lượng mặt trời Sử dụng lượng gió cách lấy lượng xa xưa từ môi trường tự nhiên biết đến từ thời kỳ Cổ đại Hình Trang trại điện gió 1.2 Sự hình thành lượng gió Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng làm cho bầu khí quyển, nước không 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 khác nhiệt độ khác áp suất mà không khí xích đạo cực không khí mặt ban ngày mặt ban đêm Trái Đất di động tạo thành gió Trái Đất xoay tròn góp phần vào việc làm xoáy không khí trục quay Trái Đất nghiêng (so với mặt phẳng quỹ đạo Trái Đất tạo thành quay quanh Mặt Trời) nên tạo thành dòng không khí theo mùa Do bị ảnh hưởng hiệu ứng Coriolis tạo thành từ quay quanh trục Trái Đất nên không khí từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thắng mà tạo thành gió xoáy có chiều xoáy khác Bắc bán cầu Nam bán cầu Nếu nhìn từ vũ trụ Bắc bán cầu không khí di chuyển vào vùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ khỏi vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ Trên Nam bán cầu chiều hướng ngược lại Ngoài yếu tố có tính toàn cầu gió bị ảnh hưởng địa hình địa phương Do nước đất có nhiệt dung khác nên ban ngày đất nóng lên nhanh nước, tạo nên khác biệt áp suất có gió thổi từ biển hay hồ vào đất liền Vào ban đêm đất liền nguội nhanh nước hiệu ứng xảy theo chiều ngược lại 1.3 Sản xuất điện từ lượng gió Vì gió không thổi đặn nên lượng điện phát sinh từ tuốc bin gió sử dụng kết hợp chung với nguồn lượng khác để cung cấp lượng liên tục Tại châu Âu, tuốc bin gió nối mạng toàn châu Âu, nhờ vào mà việc sản xuất điện điều hòa phần Một khả khác sử dụng nhà máy phát điện có bơm trữ để bơm nước vào bồn chứa cao dùng nước để vận hành tuốc bin không đủ gió Xây dựng nhà máy điện có bơm trữ tác động lớn vào thiên nhiên phải xây chúng đỉnh núi cao Mặt khác có ánh sáng Mặt Trời nên gió thổi vào ban ngày thường mạnh vào đêm mà thích ứng cách tự nhiên với nhu cầu lượng nhiều vào ban ngày Công suất dự trữ phụ thuộc vào độ xác dự báo gió, khả điều chỉnh mạng lưới nhu cầu dùng điện Người ta có công nghệ khác để tích trữ lượng gió Cánh quạt gió truyền động trực tiếp để quay máy nén khí Động gió tích lũy vào hệ thống nhiều bình khí nén Hệ thống hàng loạt bình khí nén luân phiên phun vào turbine để quay máy phát điện Như lượng gió lưu trữ sử dụng ổn định (dù gió mạnh hay gió yếu khí nén vào bình, người ta dễ dàng điểu khiển cường độ lưu lượng khí nén từ bình phun ra), hệ thống bình khí nén nạp khí xả khí luân phiên để đảm bảo liên tục cung cấp lượng quay máy phát điện (khi bình xả khí quay máy phát điện bình khác cánh quạt gió nạp khí nén vào) Nếu cộng tất chi phí bên (kể tác hại đến môi trường ví dụ thải chất độc hại) lượng gió bên cạnh sức nước nguồn lượng rẻ tiền - Nguyên lí chuyển gió thành điện năng: Hình Nguyên lí chuyển gió thành điện Khi hướng gió đến chia thành hai lực: Lực trượt: Hiệu khoảng 10-15% Lực nâng: Nếu trục rôto vị trí thẳng đứng hiệu trung bình đạt 30% lượng điện, nằm ngang với 2-3 cánh hiệu cao khoảng 40-45% Lực tác dụng lên tuabin phụ thuộc vào trọng lượng không khí, vận tốc gió, diện tích cánh quạt động gió Nó tính theo công thức: F = Cp(1/2)pV2A, Cp hệ số (= 16/27), A diện tích cánh quạt gió mà diện tích hình tròn A = nR2 với R bán kính cánh quạt (1/2) pV2 động 1m2 không khí Suy ra, công suất gió qua tuabin: Pgió = [Cp.(1/2)pV2A]V rút gọn Pgió = (p/2)AV3Cp Sau tính toán công suất sức gió: công suất lý thuyết công suất thực tế, ta có đồ thị hình Hình Biêu đồ mối quan hệ công suất - Tuabin trạm điện gió : Trong ứng dụng lượng gió tuabin gió đóng vai trò quan trọng việc biến gió thành điện Bộ phận trạm điện gió tuabin có trục rôto nằm ngang Cấu tạo dựa vào hình bao gồm: - Cánh để đón hướng gió đến tác động lên cánh tuabin Lực nâng làm cho cánh tuabin quay Bản thân cánh tự quay xung quanh theo chiêu mũi tên hình - Chuyên động quay truyên từ trục qua bánh Nhờ cấu chuyển động khớp mà truyên chuyển động tới trục để sang phận tạo điện - Vỏ tuabin bảo vệ phận bên chống lại ôxy hóa không khí - Phanh dùng trường hợp tốc độ gió vượt mức cho phép nhằm bảo vệ tuabin gió hoạt động an toàn - Bộ phận đón hướng gió có tác dụng đón hướng gió mạnh để tối đa lượng điện - Bộ phận khí tượng dùng để theo dõi tình hình khí tượng - Môtơ lệch có tác dụng để tuabin quay quanh cột nhằm đón hướng gió Hình 4.Cấu tạo tuabin gió NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN TUY PHONG 2.1 Khái quát Khi cánh quạt nhà máy điện gió, gọi phong điện Tuy Phong (Bình Thuận) đưa nguồn điện hòa vào mạng lưới điện quốc gia, thời điểm khẳng định thành công việc biến “gió trời” thành nguồn lượng sạch, xóa mối nghi ngờ người cho dự án không khả thi Việt Nam Đây dự án phong điện Việt Nam có quy mô lớn khu vực Đông Nam Á Tuy Phong biết đến nơi “thiếu mưa thừa nắng gió”, cối khô cằn quanh năm Những vùng đất cằn bỏ hoang chạy dài, trụ lại nơi xương rồng già nua xơ xác…Tuy vậy, nơi lại vị trí đắc địa để xây dựng phong điện lượng gió dồi mà chưa khai thác nhiều năm qua Đó lý khiến nhà đầu tư chọn Tuy Phong làm địa điểm xây dựng nhà máy phong điện, bất chấp việc đầu tư nơi nhiều công sức Hình Cánh đồng điện gió Tuy Phong Nhà máy Phong điện dự án điện gió có quy mô lớn Việt Nam Công ty cổ phần Năng lượng tái tạo Việt Nam (REVN) làm chủ đầu tư Cho đến thời điểm này, giai đoạn Dự án hoàn thành gồm 20 tuabin chiều cao cột 85 m, đường kính cánh quạt 77 m, công suất 1,5 MW/cột, tổng trọng lượng tuabin 89,4 tấn, cột tháp 165 Tổng mức đầu tư giai đoạn gần 820 tỷ đồng Khi 20 tổ máy vào hoạt động ổn định, sản lượng điện theo công suất thiết kế 30 MW Đây số lớn lại vô có ý nghĩa, mở đầu cho ngành công nghiệp điện gió Việt Nam Cả Ban quản lý đội vận hành có 30 người, phải đảm nhiệm khối lượng công việc lớn Bắt đầu thực Dự án từ năm 2008, sau năm lắp dựng tổ máy đến 5/8/2009, thức hòa lưới điện quốc gia Đến 2/3/2011, Trạm hoàn thành lắp dựng xong 15 tổ máy đến thời điểm tháng 5/2011, 20 tổ máy hòa lưới điện Hình Cột điện gió Tuy Phong 2.2 Quá trình lắp ráp trụ điện gió Quá trình lắp ráp trụ điện gió tiến hành sau: xây dựng trụ móng bêtông cốt thép nặng 800 tấn, lắp bốn đốt tháp thành trụ cao 85m, tuabin cẩu lên ráp vào đầu trụ tháp, ba cánh quạt (dài 37,5m, nặng 5,5 tấn/cánh) lắp vào đầu “hup” mặt đất, sau hai cần cẩu 500 nâng lên ráp vào đầu tuabin Mỗi trạm phong điện trục ngang gồm máy phát điện có công suất 1,5MW Tốc độ gió cho phép vận hành phát điện từ 3m/s đến 25m/s (90km/h), Tuy Phong, tốc độ gió trung bình vào khoảng 8-14m/s Theo kế hoạch, giai đoạn Dự án xây dựng lắp đặt 60 trụ điện gió, nâng tổng công suất Nhà máy Phong điện Bình Thuận lên 120MW Hình Cấu tạo trụ điện gió Tuy Phong Các thiết bị để xây dựng trụ điện nội địa hóa khoảng 30%, tuabin cánh nhập (cánh quạt nhập Thụy Điển, tuabin Đức) Còn cột tuabin, trước phải nhập có Nhà máy UBI TOWER Việt Nam sản xuất Phần móng trước phải thuê tư vấn nước ngoài, phía Việt Nam tự làm Dự kiến, sau năm, Dự án hoàn thành giai đoạn để đưa vào vận hành 80 trụ điện gió, hòa 120 MW điện vào lưới điện quốc gia, giảm sức ép thiếu điện cho Tập đoàn Điện lực Việt Nam