Chương 1. Tổng quan SĐặc điểm Tuabin đơn Tuabin cánh kép TT kỹ thuật lên đến 7-9 m / s. 3Hiệu suất Theo giới hạn của Betz, Năng lượng gió từ rôto năng lượng tối đa mà chúng phía trước và phía sau thu hút ta có thể tách ra từ một nhiều năng lượng hơn tuabin tuabin gió cánh quạt đơn là gió cánh quạt đơn. Các 59% tổng năng lượng gió thu nghiên cứu khác nhau đã nhận được.
Nhưng thực tế chỉ có thấy rằng tuabin gió cánh quạt 30-40% năng lượng gió có kép có hiệu suất cao hơn 5% thể được chuyển thành điện. so với turbine cánh quạt đơn. 4Giá thành Hộp số là một trong Vì trong tuabin gió cánh những phần đắt nhất của quạt kép nên sự phức tạp tuabin gió. Hộp số tuabin trong thiết kế và kích thước cánh quạt đơn có giá khoảng của hộp số nhiều hơn tuabin 100000 $ cho một đơn vị cánh quạt đơn vì vậy chi phí MW.
Đây là khoảng 11% sẽ lớn hơn. Nhưng vì nó đã tổng chi phí của turbine gió. được chứng minh trong các nghiên cứu rằng khoảng 5% hiệu quả của tuabin gió rotor đôi do đó thời gian hoàn vốn cũng sẽ giảm. Giá thành sản xuất điện cũng sẽ giảm đi đáng kể.
Theo kết quả bảng so sánh giữa hệ thống phong điện dùng tuabin cánh đơn với hệ thống phong điện dùng tuabin cánh kép thì hệ thống phong điện dùng tuabin cánh kép sẽ có lợi thế thu thêm được nhiều năng lượng, triệt tiêu mô -men xoắn, tốc độ gió hoạt động của tuabin cánh kép có thể hoạt động ở tốc độ gió 8 Chương 1. Tổng quan thấp hơn vì tận dụng được nhiều hơn nguồn gió tại 1 điểm. Theo [13] tuabin gió cánh kép có hiệu suất cao hơn 5% so với tuabin cánh đơn. Việc nghiên cứu mô hình phát điện gió 1 lớp / 3 cánh được nhiều người nghiên cứu, nhưng theo biểu đồ tổng chi phí cho một tuabin gió, chi phí cánh chiếm khoảng 15%.
Như vậy, nếu ta tăng thêm 1 lớp cánh thì tăng tổng giá thành của một tuabin gió thêm 15% nữa. Nhưng mật độ phát điện được nhiều hơn, hiệu suất máy phát điện tăng cao hơn khoảng 1. Giá thành lắp đặt của một tuabin gió [3] Theo một số nghiên cứu mới đây của Giáo sư Bakanov Anatoly, Viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Nga. Các tuabin 1 lớp / 3 cánh tạo ra những sóng hạ âm rất là mật, thì người ta khuyến kích nghiên cứu hệ thống 2 lớp cánh.
Việc sử dụng 2 lớp cánh trước đây có nhiều người bàn là cấu tạo cơ khí phức tạp, nó sẽ mau hư. Tuy nhiên qua thời gian kiểm chứng, các tuabin máy bay cánh quạt trực thăng hai lớp cánh quay ngược chiều nhau và máy bay ném bơm chiến lược Tu - 95MS của Nga, được thử nghiệm thành công và nghiệm thu đưa vào trang bị từ những năm 1956 – 1957. Đến nay, người ta còn dự định kéo dài thêm 30 năm nữa vẫn chạy tốt. Điều đó chứng tỏ, vấn đề cơ khí không phải là vấn đề quá lo lắng.
Vấn đề là ở chỗ, chúng ta cần nghiên cứu cái mô hình để xác định công suất của nó là bao nhiêu và tỉ lệ như thế nào đó là tối ưu. Muốn như vậy, chúng ta cần phải nghiên cứu mô hình phát điện gió hai lớp cánh này. Tổng quan Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài chứng minh hiệu suất hệ hai lớp cánh quạt lớn hơn hệ sử dụng một lớp cánh quạt truyền thống. Chỉ ra sự dịch đỉnh, nghĩa là khi chúng ta sử dụng hai hệ cánh quạt hay nhiều hệ cánh quạt thì lý tuyết này không còn chính xác nữa.
Lúc đó cực trị hàm sẽ dịch sang chỗ khác, tối ưu hóa dành cho hệ là điều kiện thông số phía trước cộng với thông số phía sau. Đồ thị lúc này sẽ pitch theo bậc khác, đây là điểm nhấn có giá trị nghiên cứu. Thường trong nghiên cứu lý thuyết, giá trị khoa học của bài báo đưa ra những chỉ dẫn mang tính lưu ý, có nghĩa là bài báo đó làm theo hướng này không phải chỉ gắn hai hệ cánh vào thì hiệu suất sẽ tốt hơn. Tại vì ứng với việc hai hệ cánh thì sự dịch đỉnh dẫn đến hiệu suất cực đại.
Chúng ta phải thay đổi điều kiện dòng khí vào và dòng khí ra chứ không chỉ áp dụng định luật Betz [12] được. Đó chính là ý nghĩa khoa học. Mục đích nghiên cứu luận văn Đề tài tập trung nghiên cứu điều khiển tối ưu nhằm nâng cao hiệu suất phát điện gió và xây dựng mô hình phát điện gió sử dụng hai hệ cánh ghép đồng trục theo công nghệ của Nga. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn luận văn Nhiệm vụ nghiên cứu: Xây dựng mô hình toán học, xây dựng và thí nghiệm trên mô hình vật lý tuabin phát điện gió cánh kép.
Giới hạn luận văn: Phần cơ sở lý thuyết Xét dòng chảy khí thu hẹp dựa theo định luật Betz [12]. Trong khi đó dòng chảy khí ngoài môi trường là không giới hạn. Phần chứng minh toán học chỉ xét theo bài toán thuận, không xét đến các hiện tượng rối loạn khí động học, khi chảy qua cánh tuabin thứ nhất. Nếu vận tốc 10 Chương 1.
Tổng quan dòng khí chảy qua cánh thứ nhất có hệ số thu hẹp dòng chảy là x, hiệu suất tại cánh tuabin thứ nhất là x. Vận tốc dòng khí chảy qua cánh thứ hai có hệ số thu hẹp dòng chảy là y, hiệu suất tại cánh tuabin thứ hai là y. Lúc đó, ta xét x y , nếu η > x thì bài toán ta xét xem như hội tụ. Phần mô hình Vì đây là mô hình thí nghiệm tác giả đề xuất.
Việc thiết kế, gia công, lựa chọn các chi tiết để lắp ráp mô hình cũng gặp khó khăn. Khi chạy thí nghiệm một số bộ phận của mô hình hoạt động chưa phải là tốt nhất.Vì vậy kết quả thí nghiệm mô hình chưa được chính xác như mong muốn. Việc thiết kế cánh tuabin và chọn loại máy phát sẽ quyết định thí nghiệm mô hình. Hiện nay kỹ thuật in 3D còn nhiều hạn chế, mặc dù tác giả đã cố gắng tìm kiếm, lựa chọn những nơi có kỹ thuật in 3D tốt nhất, nhưng sản phẩm in 3D cánh tuabin vẫn chưa đạt như mong muốn.
Vì đây là mô hình nhỏ, để thuận tiện cho việc chạy thí nghiệm cũng như phù hợp với điều kiện phòng lab và điều kiện bài toán là thay đổi được khoảng cách giữa hai cánh tuabin nên tác giả đã sử dụng hai máy phát riêng cho hai tuabin. Mô hình chỉ mới chạy thí nghiệm ở phòng lab. Phương pháp nghiên cứu Tham khảo các đề tài đã nghiên cứu về phát điện gió, các tài liệu liên quan về phát điện gió trong và ngoài nước. Tham khảo các mô hình phát điện gió đang được ứng dụng trong nước và trên thế giới hiện nay.
Thu thập tài liệu liên quan đến các vấn đề nghiên cứu. Nghiên cứu tổng quan về máy phát điện gió. Xây dựng mô hình toán học, xét các thông số ảnh hưởng đến hiệu suất phát điện gió. Tổng quan Thí nghiệm trên mô hình vật lý có các thông số thay đổi và nhận xét kết quả thí nghiệm.
Kế hoạch thực hiện luận văn Dựa trên nguồn tài liệu thu thập từ các đề tài đã được nghiên cứu, công bố trong và ngoài nước. Tác giả tiến hành xây dựng mô hình toán, sử dụng chương trình vẽ đồ thị Grapher, dùng phương pháp ước lượng để mô phỏng. Trên cơ sở lý thuyết mô hình toán đã xây dựng, tác giả tìm hiểu nguyên lý và tiến hành xây dựng mô hình vật lý. Sử dụng hầm gió phòng lab để chạy thí nghiệm.
Lấy kết quả mô hình đem so sánh với kết quả mô hình toán. Cơ sở lý thuyết Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Giới thiệu tuabin gió. Các tuabin gió sẽ chuyển đổi năng lượng động học có trong gió thành năng lượng cơ học và biến đổi thành điện năng. Do tính thân thiện với môi trường, năng lượng gió đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực liên quan và nhiều mô hình khác nhau đã được lập ra trong suốt thế kỷ qua [21].
Hiện nay, trên thế giới công nghệ điện gió hai lớp cánh đồng trục quay ngược chiều nhau chỉ có Nga nghiên cứu và phát triển, từ ý tưởng cánh quạt 2 lớp trong máy bay quân sự tại Nga. Cha đẻ của công nghệ này là Giáo sư Bakanov Anatoly, Viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Nga.Vào tháng 4/2011, công nghệ điện gió mới này đã được đăng ký “Bằng độc quyền sáng chế” tại Nga [2].1 Tuabin gió trục đứng (Savonius, Darieus) Tuabin gió trục đứng có hệ số công suất thấp nhưng vì cấu hình giản dị và dễ thiết kế, dễ sản xuất nên những loại tuabin điện gió này thường được sản xuất cho những nơi công suất khoảng từ 5 - 20(kW) Tuabin gió trục đứng [2] 2.2 Tuabin gió trục ngang: 13 Chương 2. Cơ sở lý thuyết Trước kia một số tuabin điện gió trục ngang được thiết kế có hướng đón gió từ phía sau (down wind rotor), phương pháp này có nhiều nhược điểm như dòng gió luôn bị xáo động do gió thổi vào thân trụ rồi mới đến cánh quạt. Từ khoảng năm 1995, tuabin điện gió được thiết kế với nguyên tắc đón gió từ phía sau không còn được sử dụng rộng rãi.
Phần lớn những tuabin điện gió hiện nay được thiết kế với hướng đón gió từ phía trước (up wind rotor) Tuabin gió trục ngang [2] 2.3 Giới thiệu tuabin gió trục ngang hệ 2 lớp cánh ghép đồng trục. Tuabin ứng dụng công nghệ mới của Nga là sử dụng hai hệ cánh ghép đồng trục quay ngược chiều nhau, được phát triển từ ý tưởng cánh quạt hai lớp trong máy bay trực thăng quân sự, vận hành được với tốc độ gió thấp từ 3 m/s và đạt công suất định mức ở vận tốc gió từ 8-10 m/s (công nghệ khác phải từ 12-14 m/s), rất phù hợp với điều kiện gió tại Việt Nam. Hiệu suất của tuabin hai lớp cánh cao hơn hiệu suất của tuabin gió một lớp cánh truyền thống. Cơ sở lý thuyết Mô hình tuabin gió “2 lớp cánh đồng trục” được giới thiệu tại TPHCM [6] Công suất của một tuabin gió.
Công suất của tuabin gió là một đại lượng vật lý rất phức tạp, do có rất nhiều yếu tố vật lý ảnh hưởng tới độ lớn của nó và các yếu tố vật lý này lại ảnh hưởng qua lại với nhau. Mô hình chuyển động của gió và tuabin[23] Giả sử không khí chuyển động với vận tốc v, thời gian t để đi được quãng đường D, diện tích bề mặt A (tương ứng với diện tích do cánh quạt quét trong 15 Chương 2.