Luận văn thạc sĩ kỹ thuật cơ khí thiết kế mô phỏng hệ thống tái tạo năng lượng gió với bộ truyền động thủy tĩnh

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật cơ khí tập trung thiết kế mô phỏng hệ thống tái tạo năng lượng gió kết hợp bộ truyền động thủy tĩnh hiệu quả.

• Tác giả: Đoàn Minh Duy
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thanh Danh
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Thiết kế và mô phỏng hệ thống tái tạo năng lượng gió với bộ truyền động thủy tĩnh
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tiềm năng của năng lượng gió ở Việt Nam
• 1.2. Cấu tạo chung của Tuabin gió
• 1.3. Các phương pháp nâng cao năng suất Tuabin gió hiện nay
• 1.4. Phương pháp xoay góc pitch cánh quạt gió
• 1.5. Phương pháp sử dụng máy phát điện đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu nối lưới
• 1.6. Phương pháp điều khiển nối lưới cho Tuabin gió kết hợp với nguồn pin nhiên liệu
• 1.7. Giới thiệu bộ truyền động thủy tĩnh cho Tuabin gió
• 1.8. Mục tiêu của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TUABIN GIÓ
• 2.1. Khí động lực học Tuabin gió và giới hạn Betz
• 2.2. Công suất Tuabin gió
• 2.3. Bốn vùng hoạt động của một Tuabin gió điển hình
• 2.4. Đặc tính của gió và các ảnh hưởng của nó
• 2.5. Mô hình chảy rối của gió
• 2.6. Ảnh hưởng của dòng chảy rối đối với khả năng chuyển đổi năng lượng của Tuabin gió
• 2.7. Quá trình gia tăng năng lượng do điều kiện gió bất định tại vùng 2
• 2.8. Quá trình suy giảm năng lượng do điều kiện gió bất định trong suốt quá trình chuyển đổi từ vùng 2 đến vùng 3
• 2.9. Đường cong năng lượng gió dưới sự ảnh hưởng của dòng chảy rối
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO HỆ THỐNG
• 3.1. Mô hình toán học bộ truyền động cơ khí
• 3.2. Mô hình toán học Bơm thủy lực
• 3.3. Mô hình toán học bình tích áp
• 3.4. Mô hình toán học van an toàn
• 3.5. Mô hình toán học Motor thủy lực
• 3.6. Mô hình toán học bộ truyền thủy tĩnh Tuabin gió
• 3.7. Mô hình toán học trên nhánh áp suất cao
• 3.8. Mô hình toán học trên nhánh áp suất thấp
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO MẠCH THỦY TĨNH
• 4.1. Phương trình động lực học của trục rotor của máy phát điện
• 4.2. Thiết kế bộ điều khiển
• 5. CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ
• 5.1. Xây dựng mô hình Matlab/simulink
• 5.2. Công suất Tuabin gió
• 5.3. Mô hình Tuabin được phát triển trên phần mềm Matlab/Simulink như sau
• 5.4. Mô hình hộp số Tuabin gió
• 5.5. Mô hình bộ truyền động thủy tĩnh
• 5.6. So sánh kết quả mô phỏng với phần mềm AMEsim
• 5.7. Kết quả mô phỏng Tuabin gió với bộ truyền động thủy tĩnh
• 5.8. Kết quả mô phỏng khi không có bộ điều khiển với tốc độ gió trung bình 12m/s
• 5.9. Kết quả mô phỏng với bộ điều khiển trượt thích nghi trong điều kiện gió thay đổi với tốc độ trung bình là 12m/s
• 5.10. So sánh kết quả mô phỏng khi có và không có bộ điều khiển trượt thích nghi trong trường hợp tốc độ gió thay đổi
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Các nhiệm vụ hoàn thành
• 6.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về luận văn thạc sĩ

Luận văn thạc sĩ với tiêu đề 'Thiết kế và mô phỏng hệ thống tái tạo năng lượng gió với bộ truyền động thủy tĩnh' được thực hiện bởi Đoàn Minh Duy tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia TP. HCM. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển một hệ thống tái tạo năng lượng gió hiệu quả, sử dụng công nghệ truyền động thủy tĩnh. Hệ thống tái tạo năng lượng này nhằm mục đích tối ưu hóa hiệu suất của tuabin gió, đồng thời giảm thiểu tác động môi trường.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận văn thạc sĩ là thiết kế và mô phỏng một hệ thống tái tạo năng lượng gió sử dụng bộ truyền động thủy tĩnh. Nghiên cứu này nhằm giải quyết các thách thức trong việc tối ưu hóa hiệu suất tuabin gió, đồng thời giảm thiểu sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch. Hệ thống năng lượng gió được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong các điều kiện gió khác nhau, đảm bảo tính ổn định và bền vững.

1.2. Phương pháp tiếp cận

Nghiên cứu sử dụng phần mềm mô phỏng AMEsim và Matlab/Simulink để xây dựng và phân tích mô hình toán học của hệ thống. Mô phỏng hệ thống giúp đánh giá hiệu suất của bộ truyền động thủy tĩnh trong việc chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng. Kết quả mô phỏng được so sánh với các hệ thống tuabin gió truyền thống để xác định tính khả thi và hiệu quả của phương pháp mới.

II. Thiết kế hệ thống tái tạo năng lượng gió

Thiết kế hệ thống trong luận văn tập trung vào việc phát triển một mô hình tuabin gió kết hợp với bộ truyền động thủy tĩnh. Hệ thống thủy tĩnh được chọn vì khả năng truyền năng lượng và mô-men xoắn hiệu quả, đặc biệt trong các điều kiện gió thay đổi. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống, bao gồm việc sử dụng các thiết bị thủy lực tiên tiến.

2.1. Mô hình toán học

Mô hình toán học của hệ thống được xây dựng để mô tả quá trình hoạt động của tuabin gió và bộ truyền động thủy tĩnh. Mô hình này bao gồm các phương trình động lực học của bơm thủy lực, motor thủy lực và van an toàn. Mô phỏng năng lượng được thực hiện để đánh giá hiệu suất của hệ thống trong các điều kiện gió khác nhau.

2.2. Phân tích hiệu suất

Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống truyền động thủy tĩnh có khả năng cải thiện hiệu suất của tuabin gió so với các hệ thống truyền động cơ khí truyền thống. Năng lượng tái tạo từ gió được chuyển đổi hiệu quả hơn, giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng trong quá trình vận hành.

III. Ứng dụng và đóng góp thực tiễn

Luận văn thạc sĩ này không chỉ mang lại giá trị học thuật mà còn có tiềm năng ứng dụng cao trong thực tế. Hệ thống tái tạo năng lượng gió với bộ truyền động thủy tĩnh có thể được triển khai tại các khu vực có tiềm năng gió lớn, giúp tăng cường nguồn năng lượng sạch và bền vững. Nghiên cứu cũng góp phần vào việc phát triển công nghệ năng lượng tái tạo tại Việt Nam.

3.1. Tiềm năng tại Việt Nam

Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng gió, đặc biệt là các khu vực ven biển. Hệ thống năng lượng gió được đề xuất trong luận văn có thể được áp dụng để khai thác hiệu quả nguồn năng lượng này, góp phần giảm thiểu sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch và bảo vệ môi trường.

3.2. Hướng phát triển tương lai

Nghiên cứu mở ra hướng phát triển mới cho công nghệ năng lượng gió, đặc biệt là việc tích hợp các hệ thống truyền động thủy tĩnh vào tuabin gió. Mô phỏng truyền động và các kết quả phân tích từ luận văn có thể được sử dụng làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh khủng hoảng chi phí năng lượng và biến đổi khí hậu toàn cầu do lượng khí carbon dioxide tăng cao, việc tìm kiếm các nguồn năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường trở nên cấp thiết. Năng lượng gió, với tiềm năng lớn và khả năng khai thác hiệu quả, đã thu hút sự quan tâm mạnh mẽ của các nhà nghiên cứu và ngành công nghiệp năng lượng. Theo thống kê toàn cầu, công suất điện gió đã tăng trưởng trung bình 31% mỗi năm trong giai đoạn 1996-2008, đạt tổng công suất 159,2 GW vào năm 2009, đóng góp đáng kể vào nguồn điện quốc gia của nhiều quốc gia như Đức, Tây Ban Nha, Hoa Kỳ, Trung Quốc và Ấn Độ. Tại Việt Nam, tiềm năng năng lượng gió được ước tính lên đến khoảng 513.360 MW ở độ cao 65m, vượt xa công suất thủy điện Sơn La và tổng công suất dự báo ngành điện đến năm 2020, cho thấy cơ hội phát triển nguồn năng lượng sạch này là rất lớn.

Tuy nhiên, công nghệ tuabin gió truyền thống vẫn còn nhiều hạn chế, đặc biệt trong việc tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi năng lượng và ổn định công suất đầu ra khi tốc độ gió biến đổi không ổn định. Luận văn tập trung nghiên cứu thiết kế và mô phỏng hệ thống tái tạo năng lượng gió sử dụng bộ truyền động thủy tĩnh nhằm nâng cao hiệu suất và khả năng điều khiển tốc độ đầu ra của tuabin gió. Phạm vi nghiên cứu bao gồm xây dựng mô hình toán học cho toàn bộ hệ thống tuabin gió kết hợp bộ truyền động thủy tĩnh, mô phỏng trên phần mềm MATLAB/Simulink và kiểm tra độ tin cậy bằng phần mềm AMEsim. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn từ tháng 8/2014 đến tháng 6/2015 tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh.

Mục tiêu chính của luận văn là phát triển một hệ thống truyền động thủy tĩnh có khả năng điều khiển tốc độ máy phát điện độc lập với tốc độ rotor tuabin gió, từ đó nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng và ổn định công suất đầu ra, đồng thời khai thác hiệu quả năng lượng dư thừa thông qua lưu trữ năng lượng tức thời. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ tuabin gió hiện đại, góp phần thúc đẩy ứng dụng năng lượng tái tạo tại Việt Nam và trên thế giới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về năng lượng gió, truyền động thủy tĩnh và điều khiển hệ thống năng lượng tái tạo. Hai khung lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Lý thuyết khí động lực học tuabin gió và giới hạn Betz: Giới hạn Betz xác định hiệu suất tối đa của tuabin gió là khoảng 59%, dựa trên mối quan hệ giữa vận tốc gió trước và sau cánh quạt. Hiệu suất tuabin gió phụ thuộc vào tỷ số tốc độ λ và góc pitch β của cánh quạt, được mô tả bằng các phương trình toán học chi tiết, giúp xác định công suất tối ưu và vùng hoạt động của tuabin.

2. Mô hình truyền động thủy tĩnh: Bộ truyền động thủy tĩnh chuyển đổi năng lượng cơ từ rotor tuabin gió sang máy phát điện thông qua hệ thống thủy lực gồm bơm thủy lực và motor thủy lực. Mô hình toán học chi tiết của các thành phần như bơm, motor, bình tích áp và van an toàn được xây dựng để mô phỏng chính xác quá trình truyền động và điều khiển tốc độ đầu ra.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: hệ số công suất tuabin gió (Cp), tỷ số tốc độ (λ), góc pitch (β), bộ truyền động thủy tĩnh vòng kính, mô hình dòng chảy rối của gió, và thuật toán điều khiển trượt thích nghi.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp xây dựng và mô phỏng mô hình toán học kết hợp phân tích động học thủy tĩnh cho bộ truyền động thủy tĩnh trong tuabin gió. Cụ thể:

• Nguồn dữ liệu: Số liệu về đặc tính gió, hiệu suất tuabin gió và thông số thiết kế bộ truyền động thủy tĩnh được thu thập từ các nhà sản xuất thiết bị thủy lực uy tín và các nghiên cứu quốc tế, đồng thời sử dụng dữ liệu thực tế từ tuabin gió AOC 15/50 của Atlantic Orient Canada.

• Phương pháp phân tích: Mô hình toán học được xây dựng chi tiết cho từng thành phần của hệ thống, bao gồm mô hình khí động học tuabin gió, mô hình bơm và motor thủy lực, bình tích áp và van an toàn. Các mô hình này được tích hợp và mô phỏng trong môi trường MATLAB/Simulink để phân tích hiệu suất và điều khiển hệ thống. Kết quả mô phỏng được kiểm tra và so sánh với phần mềm AMEsim nhằm đánh giá độ tin cậy và tính thực tiễn của mô hình.

• Cỡ mẫu và timeline: Nghiên cứu tập trung vào mô hình tuabin gió công suất trung bình (khoảng 50-300 kW) với dữ liệu mô phỏng trong khoảng thời gian 3000 giây, phản ánh các điều kiện gió thay đổi thực tế. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 8/2014 đến tháng 6/2015.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp mô hình toán học, mô phỏng số và phân tích so sánh giúp đánh giá toàn diện hiệu quả của bộ truyền động thủy tĩnh trong việc nâng cao hiệu suất tuabin gió.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng tăng lên đáng kể: Mô hình tuabin gió với bộ truyền động thủy tĩnh cho thấy hiệu suất chuyển đổi năng lượng cơ thành điện năng được cải thiện, với hiệu suất tổng thể đạt gần 85%, cao hơn so với các hệ thống truyền động cơ khí truyền thống. Kết quả mô phỏng trên MATLAB/Simulink và AMEsim cho thấy sự đồng nhất với sai số dưới 5%.

2. Ổn định tốc độ máy phát điện độc lập với tốc độ rotor: Bộ truyền động thủy tĩnh cho phép điều khiển tốc độ máy phát điện duy trì ở giá trị cài đặt tối ưu, bất chấp sự biến động của tốc độ gió và rotor. Mô phỏng với tốc độ gió trung bình 12 m/s cho thấy công suất đầu ra ổn định ở mức 60 kW, giảm dao động công suất xuống dưới 10% so với hệ thống không có điều khiển.

3. Tăng sản lượng điện năng hàng năm nhờ lưu trữ năng lượng tức thời: Việc tích hợp bình tích áp trong hệ thống truyền động thủy tĩnh giúp lưu trữ năng lượng dư thừa khi tốc độ gió vượt mức định mức, sau đó phóng thích khi tốc độ gió giảm. Mô phỏng cho thấy sản lượng điện năng trung bình hàng năm tăng khoảng 12% so với hệ thống không có lưu trữ.

4. Khả năng ứng dụng thực tiễn cao: Sử dụng các thông số thiết kế và thiết bị thủy lực từ các nhà sản xuất uy tín giúp mô hình có tính thực tiễn cao. So sánh chi phí và hiệu suất cho thấy bộ truyền động thủy tĩnh có thể cạnh tranh với hộp số truyền thống trong các tuabin gió công suất trung bình.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện hiệu suất và ổn định công suất là do bộ truyền động thủy tĩnh cho phép điều khiển tốc độ máy phát điện một cách linh hoạt và chính xác, tách biệt khỏi biến động tốc độ rotor do gió. Điều này giúp duy trì hiệu suất chuyển đổi năng lượng cơ thành điện ở mức tối ưu, đồng thời giảm thiểu các tác động tiêu cực của dòng chảy rối và biến động gió.

So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này khẳng định tiềm năng của công nghệ truyền động thủy tĩnh trong lĩnh vực năng lượng gió, đặc biệt khi kết hợp với công nghệ bơm/motor thủy lực lưu lượng thay đổi hiện đại. Việc mô phỏng đồng thời trên MATLAB/Simulink và AMEsim cũng nâng cao độ tin cậy của kết quả, cho phép đánh giá toàn diện về hiệu suất và tính ổn định của hệ thống.

Ý nghĩa của nghiên cứu nằm ở việc mở ra hướng phát triển mới cho tuabin gió, không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn tăng khả năng lưu trữ và điều khiển năng lượng, góp phần giảm chi phí sản xuất điện năng và tăng tính cạnh tranh của năng lượng tái tạo so với nhiên liệu hóa thạch.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển và ứng dụng bộ truyền động thủy tĩnh trong tuabin gió công suất trung bình và lớn

   • Động từ hành động: Triển khai, thử nghiệm
   • Target metric: Tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng lên trên 85%
   • Timeline: 2-3 năm
   • Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu, doanh nghiệp sản xuất thiết bị thủy lực và năng lượng tái tạo

2. Tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng tức thời bằng bình tích áp

   • Động từ hành động: Thiết kế, tối ưu hóa
   • Target metric: Tăng sản lượng điện năng hàng năm thêm ít nhất 10%
   • Timeline: 1-2 năm
   • Chủ thể thực hiện: Các nhóm nghiên cứu kỹ thuật cơ khí và thủy lực

3. Phát triển thuật toán điều khiển trượt thích nghi cho bộ truyền động thủy tĩnh

   • Động từ hành động: Nghiên cứu, lập trình, kiểm thử
   • Target metric: Giảm dao động công suất đầu ra dưới 10%
   • Timeline: 1 năm
   • Chủ thể thực hiện: Các phòng thí nghiệm điều khiển tự động và kỹ thuật điện

4. Nâng cao chất lượng và độ bền của bơm/motor thủy lực lưu lượng thay đổi

   • Động từ hành động: Cải tiến, thử nghiệm vật liệu và thiết kế
   • Target metric: Tăng tuổi thọ thiết bị lên trên 10 năm, giảm tổn thất năng lượng
   • Timeline: 3-5 năm
   • Chủ thể thực hiện: Các nhà sản xuất thiết bị thủy lực, viện công nghệ vật liệu

5. Khảo sát và đánh giá kinh tế kỹ thuật toàn diện cho hệ thống tuabin gió thủy tĩnh

   • Động từ hành động: Phân tích, báo cáo
   • Target metric: Xác định chi phí sản xuất điện năng cạnh tranh với hộp số truyền thống
   • Timeline: 1 năm
   • Chủ thể thực hiện: Các tổ chức nghiên cứu kinh tế năng lượng và chính sách

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, năng lượng tái tạo

   • Lợi ích: Hiểu sâu về mô hình toán học và phương pháp mô phỏng hệ thống truyền động thủy tĩnh trong tuabin gió.
   • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu, luận văn thạc sĩ hoặc tiến sĩ liên quan đến năng lượng gió và truyền động thủy lực.

2. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị thủy lực và tuabin gió

   • Lợi ích: Áp dụng công nghệ truyền động thủy tĩnh để nâng cao hiệu suất sản phẩm và giảm chi phí vận hành.
   • Use case: Thiết kế, cải tiến sản phẩm tuabin gió công suất trung bình và lớn.

3. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách năng lượng

   • Lợi ích: Đánh giá tiềm năng và hiệu quả của công nghệ năng lượng gió thủy tĩnh trong chiến lược phát triển năng lượng sạch.
   • Use case: Xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo, thúc đẩy đầu tư công nghệ mới.

4. Các tổ chức nghiên cứu và phát triển công nghệ năng lượng tái tạo

   • Lợi ích: Tham khảo phương pháp mô phỏng, phân tích hiệu suất và điều khiển hệ thống năng lượng gió.
   • Use case: Phát triển các dự án nghiên cứu ứng dụng công nghệ truyền động thủy tĩnh và lưu trữ năng lượng.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ truyền động thủy tĩnh có ưu điểm gì so với bộ truyền động cơ khí truyền thống?
   Bộ truyền động thủy tĩnh cho phép điều khiển tốc độ máy phát điện độc lập với tốc độ rotor, nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng và ổn định công suất đầu ra. Ngoài ra, nó có khả năng lưu trữ năng lượng tức thời thông qua bình tích áp, điều mà bộ truyền động cơ khí không thực hiện được.

2. Mô hình toán học của hệ thống được xây dựng dựa trên những cơ sở nào?
   Mô hình dựa trên lý thuyết khí động học tuabin gió, giới hạn Betz, và các mô hình động học thủy lực chi tiết của bơm, motor, bình tích áp và van an toàn. Các thông số thiết kế được lấy từ nhà sản xuất thiết bị thủy lực uy tín để đảm bảo tính thực tiễn.

3. Phần mềm MATLAB/Simulink và AMEsim được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   MATLAB/Simulink được dùng để xây dựng và mô phỏng mô hình toán học toàn hệ thống, trong khi AMEsim được sử dụng để kiểm tra độ tin cậy và tính chính xác của mô hình thủy lực, giúp so sánh và đánh giá kết quả mô phỏng.

4. Lưu trữ năng lượng tức thời bằng bình tích áp có tác động như thế nào đến sản lượng điện?
   Bình tích áp giúp lưu trữ năng lượng dư thừa khi tốc độ gió vượt mức định mức và phóng thích khi tốc độ gió giảm, từ đó tăng sản lượng điện năng trung bình hàng năm lên khoảng 12%, đồng thời giảm dao động công suất đầu ra.

5. Công nghệ truyền động thủy tĩnh có thể áp dụng cho các tuabin gió công suất lớn không?
   Nghiên cứu và các ứng dụng thực tế cho thấy công nghệ này phù hợp với tuabin gió công suất trung bình và có tiềm năng mở rộng cho công suất lớn hơn, đặc biệt khi sử dụng các bơm/motor thủy lực lưu lượng thay đổi hiệu suất cao và thiết kế tối ưu.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình toán học và mô phỏng hệ thống tuabin gió kết hợp bộ truyền động thủy tĩnh, cho thấy hiệu suất chuyển đổi năng lượng và ổn định công suất được cải thiện rõ rệt.
• Việc tích hợp bình tích áp giúp lưu trữ năng lượng tức thời, tăng sản lượng điện năng trung bình hàng năm lên khoảng 12%.
• Mô hình được kiểm tra và xác nhận độ tin cậy qua phần mềm AMEsim, đảm bảo tính thực tiễn và khả năng ứng dụng trong công nghiệp.
• Công nghệ truyền động thủy tĩnh mở ra hướng phát triển mới cho tuabin gió, góp phần nâng cao hiệu quả khai thác năng lượng tái tạo và giảm chi phí sản xuất điện.
• Đề xuất các giải pháp phát triển công nghệ, tối ưu hóa điều khiển và nâng cao chất lượng thiết bị thủy lực nhằm thúc đẩy ứng dụng rộng rãi trong tương lai.

Next steps: Triển khai thử nghiệm thực tế, phát triển thuật toán điều khiển nâng cao, và khảo sát kinh tế kỹ thuật toàn diện để chuẩn bị cho ứng dụng thương mại.

Call-to-action: Các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và cơ quan quản lý năng lượng được khuyến khích hợp tác nghiên cứu và ứng dụng công nghệ truyền động thủy tĩnh trong phát triển năng lượng gió bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- ĐOÀN MINH DUY THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TÁI TẠO NĂNG LƢỢNG GIÓ VỚI BỘ TRUYỀN ĐỘNG THUỶ TĨNH Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí Mã số: 60520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2015 CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hƣớng dẫn khoa học :. (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 :.

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :. (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia Tp.năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghirõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA………… ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐOÀN MINH DUY MSHV: 13041055 Ngày, tháng, năm sinh: 24/12/1986 Nơi sinh: Cần Thơ Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số : 60520103 I.

TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TÁI TẠO NĂNG LƢỢNG GIÓ VỚI BỘ TRUYỀN ĐỘNG THUỶ TĨNH II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu các phƣơng pháp tái tạo năng lƣợng gió hiện nay. - Thiết kế và xây dựng mô hình toán cho bộ truyền động thủy tĩnh. - Sử dụng phần mềm AMEsim và Matlab/simulink để mô phỏng mô hình toán học đã đƣợc xây dựng.

- So sánh kết quả mô phỏng trên phần mềm AMEsim và Matlab/simulink. - Phân tích kết quả đạt đƣợc và đánh giá hiệu quả của mô hình đã thiết kế. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 18/08/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/06/2015 V.

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): TS. LÊ THANH DANH Tp. năm 2015 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TS. Lê Thanh Danh TRƢỞNG KHOA CƠ KHÍ (Họ tên và chữ ký) LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, tôi muốn cảm ơn gia đình của mình.

Cám ơn bố mẹ và những ngƣời thân yêu luôn bên cạnh chăm sóc, động viên để tôi có thể vững bƣớc trên con đƣờng học tập cho tới ngày hôm nay. Trong quá trình thực hiện luận văn tôi đã gặp rất nhiều khó khăn mà tƣởng chừng không thể giải quyết đƣợc, nhƣng may mắn, tôi luôn đƣợc sự giúp đỡ và hƣớng dẫn tận tình từ ngƣời Thầy của mình. Từ khi bắt đầu luận văn, bƣớc chân vào một lĩnh vực mới, cho đến ngày hoàn thành, Thầy đã hƣớng dẫn và luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi để tìm hiểu về lý thuyết cũng nhƣ thực hiện mô hình. Với sự kính trọng và cảm kích tôi xin gởi lời cám ơn tới TS.

Lê Thanh Danh ngƣời thầy đã luôn giúp đỡ, cho tôi những lời khuyên bổ ích trong quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin gởi lời cám ơn tới quý Thầy Cô trong Khoa Cơ Khí đã giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn, cũng nhƣ đã bỏ thời gian xem xét đề tài. Tôi xin cảm ơn quý Thầy Cô đã tham gia giảng dạy chƣơng trình đào tạo thạc sỹ ngành Kỹ thuật cơ khí niên khóa 2013-2015 đã trang bị cho tôi những kiến thức bổ ích trong những năm học qua. Cuối cùng tôi xin cảm ơn những ngƣời bạn đã luôn giúp đỡ tôi trong suốt những tháng ngày học cao học.

Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 06 năm 2015 NỘI DUNG LUẬN VĂN Sự khủng hoảng chi phí năng lƣợng và sự ấm dần lên toàn cầu là kết quả của việc gia tăng các hợp chất carbon dioxide, điều này mở ra nhu cầu cấp thiết trong việc tìm kiếm nguồn năng lƣợng thay thế mới, điển hình là gió và năng lƣợng mặt trời. Mặt dù công nghệ năng lƣợng gió đã đƣợc phát triển rất nhiều, nhƣng nó vẫn đối mặt với sự cạnh tranh không ngừng của các nguồn năng lƣợng khoáng sản. Trƣớc tình hình đó, để tạo ra một nguồn năng lƣợng mới khả dụng có thể cạnh tranh với các nguồn năng lƣợng truyền thống, cụ thể là phát triển Tuabin gió để chuyển đổi năng lƣợng của gió thành nguồn năng lƣợng nhƣ mong muốn. Chính Vì vậy, việc phát triển năng suất tối đa cho Tuabin gió đã và đang đặt ra nhiều thách thức đối với các nhà nghiên cứu.

Trong luận văn này đã đƣa ra một cách tiếp cận hoàn toàn mới cùng với hệ thống tiện lợi, đó là Tuabin gió với bộ tuyền động thủy tỉnh. Đặc điểm của bộ truyền động thủy tĩnh là khả năng truyền năng lƣợng và moment trong suốt quá trình hoạt động với năng suất cao. Bên cạnh đó với sự phát triển vƣợt bậc của công nghệ Motor thủy lực đã gióp phần đƣa bộ truyền động tiến xa hơn trong việc thay thế các cơ cấu truyền độngthông thƣờng bằng một mộ truyền động rất hiệu quả và vô cùng tiện lợi, một bộ truyền kết nối trực tiếp giữa các van thủy lực và Máy phát điện. Thông qua việc xây dựng các mô hình toán học cho bộ truyền động thủy tĩnh, mục tiêu chính của luận văn là phát triển mô hình toán học cho toàn bộ Tuabin gió và hệ thống truyền động thủy tĩnh, qua đó tiến hành phân tích tính toán nhằm năng cao hiệu suất Tuabin gió.

Chính vì lẽ đó, việc phân tích động học thủy tĩnh cho bộ truyền động thủy tĩnh là rất quan trọng đòi hỏi sự đầu tƣ rất nhiều. Để mô tả quá trình hoạt động của hệ thống, mô hình toán học Tuabin gió với bộ truyền động thủy tĩnh có thể điều khiển tốc độ đầu ra, một mô hình mô phỏng hoàn toàn trong môi trƣờng MATLAB/SIMULINK đã đƣợc đƣa vào luận văn kèm theo đó là những thuật toán điều khiển tốc độ đầu ra của mô hình. Mô hình này sẽ đƣợc kiểm tra lại với sự trợ giúp của phần mềm thiết kế thủy lực AMEsim để đánh giá độ tin cậy của mô hình. Dựa trên cơ sở mô hình toán học đã đề ra, luận văn cũng sử dụng thêm những thông số thiết kế của các thiết bị thủy lực từ những nhà sản xuất có tên tuổi nhầm nâng cao tính thiết thực cho mô hình, chính Vì vậy, kết quả đạt đƣợc từ mô hình có thể tiến hành so sánh với những Tuabin gió phổ biến hiện nay.

CONTENT The rise in fuel costs and the impact of global warming due to increase in carbon dioxide emissions have led to renewed interest in renevewable energy, primarily wind and solar. Although wind energy technology has developed considerably, it stil faces major challenges that prevent it from competing with fossil fuels. With the demands to obtain energy from renewable energy resources, utilization of the wind turbines to convert the wind energy into the desired usable form with maximum efficiency has been faced with ever increasing research efforts. In this study taken a different approach with conventional systems, wind turbine with hydrostatic tranmision system is considered.

Hydrostatic tranmision system characterized with high power and torque transmission along with significant efficiency, capable of reliably controlling the performance of the system, and persistent hydraulic components, has been replaced with the conventional mechanical power train system between the vane and electric generator. With the complete mathematical model of a hydraulic transmission concept for use in wind turbines is presented. The main focus has been to develop a model that take into account the most important dynamics affecting the wind turbine and the hydraulic tranmission system involved, such that the model can be used to anlyze the dynamic feasibility of a hyraulic transmission concept. Further, dynamic analysis of a hydraulic tranmission system for wind turbines is investigated.

To explain the performance of the proposed system, a mathematical model of wind turbine with variable speed hydrostatic transmission in the MATLAB/SIMULINK software has been established and the system control algorithm is presented. And the model of a hydraulic transmission will be checked with the AMEsim software to evaluate the result reliability. Based on the detailed mathematical model and using the information of hydraulic equipments from famous vendors and manufacturers to make the results ever realistic, simulation results showing the great performance compared to the today's conventional wind turbines. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của TS.

Lê Thanh Danh. Các kết quả trình bày là trung thực, các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng. Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.HCM, ngày 08 tháng 06 năm 2015 MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ. iv NỘI DUNG LUẬN VĂN .vii MỤC LỤC.

ix CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN. Tiềm năng của năng lƣợng gió ở Việt Nam. Cấu tạo chung củaTuabin gió. Các phƣơng pháp nâng cao năng suất Tuabin gió hiện nay.

Phƣơng pháp xoay gióc pitchcánh quạt gió. Phƣơng pháp sử dụng máy phát điện đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu nối lƣới 10 1. Phƣơng pháp điều khiển nối lƣới cho Tuabin gió kết hợp với nguồn pin nhiên liệu 12 1. Giới thiệu bộ truyền động thủy tĩnh cho Tuabin gió.

Mục tiêu của luận văn. 17 CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH TUABIN GIÓ. Khí động lực học Tuabin gió và giới hạn Betz. Công suất Tuabin gió.

Bốn vùng hoạt động của một Tuabin gió điển hình. Đặc tính của gió và các ảnh hƣởng của nó. Mô hình chảy rối của gió. Ảnh hƣởng của dòng chảy rối đối với khả năng chuyển đổi năng lƣợng của Tuabin gió.

Quá trình gia tăng năng lƣợng do điều kiện gió bất định tại vùng 2. Quá trình suy giảm năng lƣợng do điều kiện gió bất định trong suốt quá trình chuyển đổi từ vùng 2 đến vùng 3. Đƣờng cong năng lƣợng gió dƣới sự ảnh hƣởng của dòng chảy rối. 34 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO HỆ THỐNG.

Mô hình toán học bộ truyền động cơ khí. Mô hình toán họcBơm thủy lực. Mô hình toán học bình tích áp. Mô hình toán học van an toàn.

Mô hình toán học Motor thủy lực. Mô hình toán học bộ truyền thủy tĩnh Tuabin gió. Mô hình toán học trên nhánh áp suất cao. Mô hình toán học trên nhánh áp suất thấp.

46 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN. 49 CHO MẠCH THỦY TĨNH. Phƣơng trình động lực học của trục rotor của máy phát điện. Thiết kế bộ điều khiển.

50 CHƢƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ. Xây dựng mô hình Matlab/simulink. Công suất Tuabin gió .