1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGHIÊN CỨU VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ DÙNG TURBINE TRỤC ĐỨNG CÔNG SUẤT NHỎ Chuyên ngành: Thiết bị, mạng Nhà máy điện Mã số ngành : 60 52 50 TP HỒ CHÍ MINH-11/2015 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS TRƯƠNG VIỆT ANH (Họ tên, học hàm học vị, chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: (Họ tên, học hàm học vị, chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (Họ tên, học hàm học vị, chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Ngày …… tháng ……… năm … LỜI CẢM TẠ Trước hết, xin chân thành cám ơn TS Trương Việt Anh, người thầy tận tình hướng dẫn giúp đỡ suốt thời gian qua để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn tất Quý Thầy, Cô giảng dạy suốt thời gian học tập nghiên cứu Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Xin cảm ơn Cha, Mẹ nuôi khôn lớn, cho sức mạnh nghị lực để ln vượt qua khó khăn sống, để có ngày hơm Xin cảm ơn người Vợ chia sẽ, gánh vát cho tơi khó khăn để tơi n tâm học tập hồn thành luận án Xin cảm ơn Ban Giám Hiệu, Thầy, Cô tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ cho nhiều q trình học tập, cơng tác suốt thời gian thực luận văn tốt nghiệp TP Hồ Chí Minh, tháng năm Người thực TÓM TẮT Việt Nam với lợi khoảng 3260 km bờ biển gần 3000 hòn đảo lớn nho [15], quốc gia có tiềm năng lượng gió lớn so với nước khu vực Tiềm nhà nước đặc biệt quan tâm xem nguồn lượng sẽ góp phần đáng kể cho nhu cầu về điện ngày thiếu thốn trầm trọng Việt nam Bên cạnh các cỗ máy phát điện gió cỡ lớn thì máy phát điện gió phân tán cỡ nho dùng cho hộ gia đình, cụm dân cư cũng áp dụng thành công giới Các máy phát điện cỡ nho có ưu điểm so với loại cỡ lớn có thể vận hành ở điều kiện gió thấp Các máy phát điện gió độc lập cỡ nho cung cấp nguồn lượng tái sinh, sạch, chủ động cho hộ gia đình, nông trại, hải đảo, tàu thuyền,…làm giảm áp lực lên lưới điện Với lý trên, luận văn tập trung nghiên cứu mô hình máy phát điện sư dụng lượng gió trục đứng công suất nho Kiểu turbine trục đứng Lenz2 đề tài có thể vận hành tốt ở điều kiện gió không lý tưởng, giá thành thấp, dễ lắp đặt, bảo dưỡng có thể chế tạo bằng nguồn nguyên liệu sẵn có Việt nam Sản phẩm của đề tài mô hình máy phát điện trục đứng kiểu Lenz2, cao 0,6m đường kính 0,5m, công suất ngõ ra: 0,49W ở vận tốc gió 3m/s, hiệu suất của hệ thống khoảng 10% MỤC LỤC QUYẾT ĐỊNH .2 LỜI CẢM TẠ TÓM TẮT ABSTRACT MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU .9 DANH MỤC BẢNG BIỂU 12 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 14 CHƯƠNG 0: GIỚI THIỆU 17 0.1 Tình hình lượng của giới 17 0.2 Những thuận lợi dùng lượng gió .18 0.3 Mục tiêu của đề tài 19 0.4 Phương pháp nghiên cứu 21 0.5 Bố cục đề tài 21 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 22 1.1 Năng lượng gió giới 22 1.2 Năng lượng gió phân tán 25 1.2.1 Công nghệ điện gió phân tán giới 27 1.2.2 Máy phát điện độc lập cỡ nho (off-grid) 31 1.2.2.1 Bối cảnh chung về ứng dụng .31 1.2.2.2 Máy phát điện cỡ nho giai đoạn 32 1.2.2.3 Đánh giá thị trường toàn cầu .33 1.3 Năng lượng gió Việt Nam 36 1.4 Tiềm phát triển lượng gió công suất bé Việt Nam 39 Luận văn Thạc si CHƯƠNG 2: LỊCH SỬ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ 42 2.1 Lịch sư phát triển 42 2.2 Các kiểu turbin gió 46 2.2.1 Turbin gió trục đứng trục ngang 46 2.2.2 Các kiểu turbin gió trục đứng 47 2.2.2.1 Savonius: Kiểu dùng lực đẩy 47 2.2.2.2 Darrieus, VAWT dùng lực nâng 48 2.2.2.3 Các kiểu turbine lực nâng khác 51 2.3 So sánh turbine trục đứng trục ngang 52 2.4 Kết luận 54 CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT TÍNH TỐN MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ 56 3.1 Năng lượng gió 56 3.2 Hiệu suất tuabin 59 3.2.1 Tỉ số tốc độ đỉnh (Tip Speed Ratio viết tắt TSR) 60 3.2.2 Tính hiệu suất turbine theo TSR ω bằng phương pháp lặp 63 3.2.3 Góc Pitch () 66 3.2.4 Góc tới (Angle of attack), 67 3.3 Hiệu suất truyền động 67 3.4 Hiệu suất máy phát 69 3.5 Hiệu suất hệ thống 73 3.6 Cánh tuabin 73 3.7 Mối quan hệ độ cao tốc độ gió .75 3.8 Các thành phần của turbine gió 75 3.9 Công suất định mức vận tốc gió định mức 77 3.10 Vận tốc gió ngưỡng vào (Cut–in wind speed) 78 3.11 Vận tốc gió Cut-out [12] 78 Luận văn Thạc si 3.12 Mối quan hệ thông số .79 3.13 Lưu đờ tính tốn thiết kế 81 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MƠ HÌNH VÀ KẾT QUẢ ĐO ĐẠT 83 4.1 Giới thiệu 83 4.2 Thiết kế máy phát điện gió trục đứng công suất bé kiểu Lenz2 84 4.2.1 Tiêu chí thiết kế 84 4.2.2 Tính toán thiết kế .84 4.2.2.1 Công suất ngõ của hệ thống 85 4.2.2.2 Cánh tuabin kiểu Lenz2 86 4.2.2.3 Trục rôto ( Shaft) 90 4.2.2.4 Bộ nhông 92 4.2.2.5 Máy phát (Generator) 93 4.2.2.6 Cánh tay giữ máy phát 95 4.2.3 Các mô hình 96 4.3 Mô tả thí nghiệm, kết đo đạt 97 4.3.1 Kết đo đạt Mô hình (Hình 4.12a) .97 4.3.2 Kết đo đạt Mô hình 98 4.3.3 Kết đo đạt Mô hình 98 4.3.4 Kết đo đạt Mô hình 99 4.3.5 Kết đo đạt Mô hình 99 4.3.6 Kết đo đạt Mô hình 109 4.4 Đánh giá so sánh kết : 109 4.5 Ứng dụng mô hình 111 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 116 TĨM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 118 Luận văn Thạc si DANH MỤC KÝ HIỆU P : Công suất Pw : Công suất thu từ gió Pout : Công suất ngõ : Công suất ngõ máy phát (công suất điện) : Công suất điện định mức ngõ : Công suất ngõ hệ thống truyền động : Công suất định mức ngõ vào : Công suất : Công suất định mức : Vận tốc gió m/s A : Diện tích cắt ngang của khối khí qua, đơn vị m2 ρ : Mật độ không khí, đơn vị kg/m3 : Nhiệt độ Kelvin : Áp suất có đơn vị kPa : Hiệu suất của turbine : Hiệu suất turbine ở vận tốc gió định mức : Hiệu suất truyền : Hiệu suất truyền ở vận tốc gió định mức : Hiệu suất máy phát : Hiệu suất máy phát ở vận tốc gió định mức : Tổng hiệu suất định mức của hệ thống VAWT : Vertical Axis Wind Turbine: Turbine gió trục đứng HAWT : Horizontal Axis Wind Turbine: Tuabin gió trục ngang : Vận tốc định mức của turbine : Bán kính quay cực đại turbine đơn vị m Luận văn Thạc si : Vận tốc góc của turbine, đơn vị rad/s : Vận tốc quay tối ưu của rôto TSR : Tip Speed Ratio - Tỉ số tốc độ đỉnh : Góc Pitch : TSR tối ưu : Góc tới n : Tốc độ quay (rotational speed), đơn vị vòng/phút tw : Thời gian gió xáo động qua cánh trở về bình thường ts : Thời gian cần thiết để cánh phía sau quay với vận tốc ω đến vị trí trước đó s : Độ dài của luồng gió động từ trước tới sau cánh rôto : Momen quán tính của rotor lên trục quay : Số cánh quạt : Tỷ trọng vật liệu làm cánh quạt : Độ dài cánh quạt : Độ rộng của cánh quạt: : Độ dầy của cánh quạt : Bán kính : Số tầng bánh MW : Megawatt GW : Gigawatt x : Độ dầy khối khí, đơn vị m U : Động d1 : Đường kính khói khí di chuyển bam đầu u1 : Vận tốc ban đầu : Áp suất ứng với đướng kính d1 d2 : Đường kính Luận văn Thạc si 10 n : Hệ số ma sát mặt đất, h1 : Độ cao ở vị trí thứ h2 : Độ cao ở vị trí thứ hai DC : Một chiều AC : Xoay chiều R : Điện trở DANH MỤC BẢNG BIỂU Luận văn Thạc si ... gió Pout : Công suất ngõ : Công suất ngõ máy phát (công suất điện) : Công suất điện định mức ngõ : Công suất ngõ hệ thống truyền động : Công suất định mức ngõ vào : Công suất : Công suất định... suất có đơn vị kPa : Hiệu suất của turbine : Hiệu suất turbine ở vận tốc gió định mức : Hiệu suất truyền : Hiệu suất truyền ở vận tốc gió định mức : Hiệu suất máy phát : Hiệu suất máy. .. đo đạt công suất ngõ máy phát điện gió mô hình 1, với động DC, tỷ số nhông 1:6 loại bánh răng, R=180(Ohm) vận tốc gió 3m/s .98 Bảng 4.2: Kết đo đạt công suất ngõ máy phát điện gió mô hình