Thạc Sĩ Nghiên cứu thiết kế hệ thống phát điện bằng sức gió công suất nhỏ

TỔNG QUAN


I. Tính cấp thiết của để tài:

Trong các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển kinh tế xã hội ở Việt Nam đó chính là hệ thống điện lưới Quốc gia. Nó có ý nghĩa rất quan trọng song song với sự phát triển nhanh chóng của các lĩnh vực an ninh, quốc phòng, sản xuất, công nghiệp, du lịch, . Nhu cầu về sản xuất và tiêu thụ điện năng tăng lên ngày một rõ rệt.
Trong những năm gần đây các hoạt động nghiên cứu, ứng dụng năng lượng mới và tái tạo để thiết kế những hệ thống phát điện ở nước ta đang phát triển khá mạnh mẽ và rộng khắp. Đặc biệt từ lâu con người đã biết sử dụng năng lượng gió để tạo ra cơ năng thay thế cho sức lao động nặng nhọc, điển hình là các thuyền buồn chạy bằng sức gió, các cối xay gió xuất hiện từ thế kỉ XIV. Hơn thế nữa từ vài chục năm gần đây với nguy cơ cạn kiệt dần những nguồn nhiên liệu khai thác được từ lòng đất và vấn đề ô nhiễm môi trường do việc đốt hàng ngày một khối lượng lớn các nguồn nhiên liệu hoá
thạch.

Từ những điều kiện và tình hình thực tế trên việc nghiên cứu, sử dụng các dạng năng lượng tái tạo của thiên nhiên trong đó có năng lượng gió lại được nhiều nước trên thế giới đặc biệt được quan tâm. Trên cơ sở áp dụng các thành tựu mới của nhiều ngành khoa học tiên tiến thì việc nghiên cứu sử dụng năng lượng gió đã đạt được những tiến bộ rất lớn cả về chất lượng các thiết bị và quy mô ứng dụng. Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của sức gió là để tạo ra hệ thống phát điện. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống phát điện bằng sức gió công suất nhỏ” mang tính cấp thiết và có ý nghĩa rất quan trọng điều kiện tình hình kinh tế - xã hội ở Việt Nam hiện nay.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

- Ý nghĩa khoa học: Đánh giá và dự báo được tình hình nghiên cứu và sử dụng các nguồn năng lượng mới và tái tạo trên thế giới cũng như ở Việt Nam hiện. Đồng thời nêu lên vai trò của các nguồn năng lượng mới và tái tạo hiện tại và trong tương lai
- Ý nghĩa thực tiễn: Tìm ra được giải pháp phù hợp với điều kiện thực tế của nước ta hiện nay để lựa chọn xây dựng một hệ thống phát điện bằng nguồn phát năng lượng gió công suất nhỏ tương ứng với tiềm năng gió của Việt Nam, tạo điều kiện phát

triển kinh tế phù hợp với chiến lược phát triển của địa phương, nhất là ở những vùng

núi mà điện lưới quốc gia chưa có khả năng vươn tới được.

3. Phương pháp nghiên cứu:

Để giải quyết được những vấn đề của đề tài đặt ra, tác giả sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:
- Tổng hợp đánh giá về các nguồn năng lượng mới và tái tạo, hiện trạng về ứng

dụng các nguồn NLM & TT trên thế giới và ở Việt Nam

- Phân tích tiềm năng về nguồn năng lượng gió ở Việt Nam để đưa ra biện pháp sử dụng một cách hợp lý và hiệu quả nhất
- Xây dựng nghiên cứu cấu trúc tổng quát hệ thống phát điện bằng sức gió

- Tính toán, thiết kế hệ thống phát điện sử dụng năng lượng gió công suất nhỏ ở vùng núi Việt Nam, đặc biệt là vùng chưa có điện lưới quốc gia.
4. Nội dung nghiên cứu:

Bản luận văn được chia làm 4 chương với nội dung như sau:




MỤC LỤC



Nội dung phần Trang
TRANG PHỤ BÌA
LỜI MỞ ĐẦU 1
MỤC LỤC 4
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 7
DANH MỤC CÁC BẢNG 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 9
CHưƠNG 1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LưỢNG MỚI

VÀ TÁI TẠO TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.1. Các nguồn và công nghệ sử dụng năng lượng mới và tái tạo

1.1.1. Các nguồn năng lượng mới và tái tạo

1.1.2. Các công nghệ sử dụng năng lượng mới và tái tạo

1.2. Vai trò của các nguồn năng lượng mới và tái tạo hiện tại và trong tương lai

1.2.1. Các ứng dụng của NLMT

1.2.2. Các ứng dụng của năng lượng gió

1.2.3. Các ứng dụng của năng lượng sinh khối

1.2.4. Các ứng dụng của năng lượng thuỷ điện nhỏ

1.2.5. Các ứng dụng của năng lượng địa nhiệt

1.2.6. Các ứng dụng của năng lượng đại dương

1.3. Năng lượng mới và tái tạo ở Việt Nam

1.3.1. Nguồn và tiềm năng

1.3.2. Hiện trạng nghiên cứu ứng dụng NLTT ở Việt Nam

1.3.3. Triển vọng phát triển của NLTT 11

CHưƠNG 2. NGUỒN NĂNG LưỢNG GIÓ

TIỀM NĂNG VÀ ỨNG DỤNG Ở VIỆT NAM

2.1. Vật lý học về năng lượng gió

2.1.1. Các đặc trưng cơ bản về năng lượng gió

2.1.2. Năng lượng gió

2.2. Tiềm năng năng lượng gió ở Việt Nam

2.2.1. Tốc độ gió, cấp gió

2.2.2. Chế độ gió ở Việt Nam

2.3. Sản xuất điện từ năng lượng gió ở Việt Nam 34

CHưƠNG 3: XÂY DỰNG CẤU TRÚC TỔNG QUÁT

HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ

3.1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống phát điện bắng sức gió

3.1.1 Tổng quan về hệ thống

3.1.2 Cấp điều khiển hiện trường

3.1.3 Cấp điều khiển hệ thống

3.2. Nghiên cứu về hệ thống Turbine gió

3.2.1. Mô tả Turbine

3.2.2. Vận hành turbine

3.3. Nghiên cứu về máy phát điện sử dụng năng lượng gió

3.3.1. Phương pháp điều khiển máy phát không đồng bộ

3.3.2. Phương pháp điều khiển máy phát đồng bộ kích thích vĩnh cửu 46

CHưƠNG IV. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN

SỬ DỤNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ Ở VÙNG NÚI VIỆT NAM

4.1. Mô hình trạm phát điện sử dụng sức gió công suất nhỏ

4.1.1. Tổng quan về hệ thống

4.1.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống

4.2. Thiết kế máy phát điện đồng bộ kích thích vĩnh cửu 1,5kW

4.2.2. Tính toán mạch từ

4.2.3. Tổn hao ở chế độ làm việc định mức 68

4.2.4. Các dặc tính làm việc của máy phát điện

4.2.5. Tính toán độ tăng nhiệt

4.2.6. Chỉ tiêu tiêu hao vật tư

4.2.7. Tổng kết các số liệu thiết kế




DANH MỤC CÁC BẢNG



Số hiệu Nội dung Trang
1.1 Một số kết quả chính của hoạt động nghiên cứu ứng

dụng NLTT ở Việt Nam
2.1 Bảng cấp gió Beaufor
2.2 Bảng tiềm năng gió ở Việt Nam
2.3 Bảng đo vận tốc gió trên độ cao 12m và 50m
4.1 Tham số nam châm N38 của Công ty NINBO (Trung

Quốc)
4.2 Các số liệu thiết kế của máy phát ĐB-KTVC 1,5kW



DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ



Hình, đồ thị Nội dung Trang
1.1 Sơ đồ hộp thu NLMT theo nguyên lý hiệu ứng nhà kính
1.2 Sơ đồ cấu tạo một pin mặt trời tinh thể Si
1.3 Sơ đồ một bộ thu để sản xuất nước nóng
1.4 Hệ thống sưởi ấm nhà cửa hay chuồng trại sử dụng

NMT
2.1 Bề mặt cánh bánh công tác động cơ gió chiếm chỗ khi

quay
3.1 Sơ đồ khối hệ thống phát điện sức gió
3.2 Sơ đồ phân cấp trong hệ thống điều khiển trạm phát

điện sức gió
3.3 Các thành phần của hệ thống điều khiển hiện trường
3.4 Cấu trúc phần cứng card điều khiển
3.5 Cấu trúc của Module điện trở hãm
3.6 Các thành phần chính của Turbine WESTWIND
3.7 Hệ thống vành ghóp và thanh quét lấy điện (nằm trong

thân Turbine)
3.8 Hệ thống lò xo lật cánh khi tốc độ gió quá lớn
3.9 Đuôi Turbine có thể tự gập khi gió mạnh khi gió mạnh

hay gập bằng tay
3.10 Hai loại hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng máy

phát
3.11 Đặc tính công suất có thể khai thác được từ gió với

các tốc độ khác nhau: Cần điều khiển máy phát sao

cho luôn đạt mức tối đa
3.12 Phạm vi hoạt động của máy phát KĐB-RDQ (a) với


dòng năng lượng chảy ở chế độ MP thuộc phạm vi

dưới (b) và trên đồng hồ (c)
3.13 Khái quát cấu trúc hệ thống PĐCSG sử dụng máy phát

loại KĐB-RDQ
3.14 Máy phát đồng hồ kích thích vĩnh cửu có thể được sử

dụng theo 1 trong 2 phương án: a) Điện áp MP được

chỉnh lưu đơn giản; b) Điện áp MP được chỉnh lưu có

ĐK tuỳ theo sức tiêu thụ nhờ NL và MP
3.15 a) Hệ thống PĐCSG dùng MP loại ĐB-KTVC cùng với

bộ CL đơn giản nên phải có thêm mạch tải giả; b) Sơ đồ chi tiết của mạch tải giả
3.16 Hệ thống PĐCSG với dàn ắc-quy (có bộ ĐK nạp) và

mạch tải giả sen giữa CL và NL
3.17 Khái quát cấu trúc hệ thống PĐCSG sử dụng MP

loại ĐB-KTVC công suất nhỏ
4.1 Mô hình trạm phát điện sử dụng sức gió công suất nhỏ
4.2 Kích thước rãnh lồng dây
4.3 Kích thước thanh nam châm