Xây Dựng Mô Hình Phát Điện Gió Hiệu Quả Bằng Tuabin Cánh Kép

Mô hình phát điện gió với tuabin cánh kép đang trở thành một trong những giải pháp hiệu quả nhất trong ngành năng lượng tái tạo. 83 trang.

• Đề tài: Mô Hình Phát Điện Gió Hiệu Quả Với Tuabin Cánh Kép

Mục lục chi tiết

• TRANG TỰA
• QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Sơ lược lịch sử phát triển của tuabin gió
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.2.1. Tình hình nghiên cứu hệ thống điện gió cánh đơn ngoài nước
• 1.2.2. Tình hình nghiên cứu hệ thống điện gió cánh đơn trong nước
• 1.2.3. Tình hình nghiên cứu hệ thống điện gió cánh kép ngoài nước
• 1.2.4. Tình hình nghiên cứu hệ thống điện gió cánh kép trong nước
• 1.3. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.5. Mục đích nghiên cứu luận văn
• 1.6. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn luận văn
• 1.7. Phương pháp nghiên cứu
• 1.8. Kế hoạch thực hiện luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu tuabin gió
• 2.1.1. Tuabin gió trục đứng (Savonius, Darieus)
• 2.1.2. Tuabin gió trục ngang
• 2.1.3. Giới thiệu tuabin gió trục ngang hệ 2 lớp cánh ghép đồng trục
• 2.2. Công suất của một tuabin gió
• 2.3. Khí động học tuabin gió trục ngang
• 2.3.1. Các yếu tố lý thuyết của tuabin gió cánh đơn
• 2.3.2. Thuyết động lượng và hệ số công suất của rotor cho cánh tuabin đơn
• 2.3.3. Số Betz giới hạn
• 2.3.4. Các yếu tố lý thuyết của tuabin gió cánh kép (cánh thứ hai)
• 2.3.5. Các yếu tố lý thuyết của tuabin gió cánh kép
• 2.3.6. Các đồ thị biểu diễn điểm cực đại n theo các giá trị của x,y
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH
• 3.1. Cơ sở lý thuyết thiết kế cánh tuabin gió
• 3.2. Xây dựng cánh tuabin bằng phần mềm Siemens NX
• 3.2.1. Kích thước cánh
• 3.2.2. Dựng cách tuabin
• 3.2.3. Các bước dựng cánh
• 3.3. Chọn máy phát cho tuabin
• 3.3.1. Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều
• 3.4. Chọn trục cho hệ thống tuabin
• 3.4.1. Cột tháp dạng khung giàn
• 3.4.2. Cột thép hình ống
• 3.4.3. Cột thép dạng dây nối đất
• 3.5. Tính toán và chọn tải tiêu thụ
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH
• 4.1. Kết quả thí nghiệm khoảng cách (k) giữa hai lớp cánh
• 4.1.1. Kết quả thí nghiệm trên mô hình máy phát điện gió cánh kép với k=4
• 4.1.2. Kết quả thí nghiệm trên mô hình máy phát điện gió cánh kép với k=5
• 4.1.3. Kết quả thí nghiệm trên mô hình máy phát điện gió cánh kép với k=6
• 4.1.4. Kết quả thí nghiệm trên mô hình máy phát điện gió cánh kép với k=7
• 4.1.5. Kết quả thí nghiệm trên mô hình máy phát điện gió cánh kép với k=8
• 4.2. Các thí nghiệm trên mô hình máy phát điện gió cánh kép với vận tốc gió thay đổi
• 4.2.1. Kết quả thí nghiệm trên mô hình máy phát điện gió cánh kép với vận tốc gió 5,5 m/s
• 4.2.2. Kết quả thí nghiệm trên mô hình máy phát điện gió cánh kép với vận tốc gió 6 m/s
• 4.2.3. Kết quả thí nghiệm trên mô hình máy phát điện gió cánh kép với vận tốc gió 6,5 m/s
• 4.2.4. Kết quả thí nghiệm trên mô hình máy phát điện gió cánh kép với vận tốc gió 7 m/s
• 4.2.5. Kết quả thí nghiệm trên mô hình máy phát điện gió cánh kép với vận tốc gió 8 m/s
• 4.2.6. Kết quả thí nghiệm trên mô hình máy phát điện gió cánh kép với vận tốc gió 9 m/s
• 4.2.7. Kết quả thí nghiệm trên mô hình máy phát điện gió cánh kép với vận tốc gió 9
• 4.3. Nhận xét hiệu suất tăng thực tế từ thí nghiệm mô hình phát điện gió cánh kép
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô hình phát điện gió với tuabin cánh kép

Mô hình phát điện gió với tuabin cánh kép đang trở thành một trong những giải pháp hiệu quả nhất trong ngành năng lượng tái tạo. Năng lượng gió là một nguồn tài nguyên dồi dào và kinh tế, và việc tối ưu hóa mô hình phát điện gió là rất cần thiết. Mô hình này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất điện. Việc áp dụng công nghệ mới trong thiết kế tuabin gió cánh kép đã mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển bền vững trong ngành năng lượng.

1.1. Lịch sử phát triển của tuabin gió

Lịch sử phát triển của tuabin gió bắt đầu từ những năm 1970, với nhiều nghiên cứu và ứng dụng trong thực tiễn. Các thiết kế ban đầu đã dần được cải tiến để nâng cao hiệu suất và khả năng thu năng lượng từ gió. Đặc biệt, sự ra đời của tuabin cánh kép đã đánh dấu một bước tiến lớn trong công nghệ phát điện gió.

1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Nghiên cứu về mô hình phát điện gió cánh kép hiện nay đang được quan tâm tại nhiều quốc gia. Các nghiên cứu từ các trường đại học và viện nghiên cứu đã chỉ ra rằng tuabin cánh kép có thể thu được nhiều năng lượng hơn so với tuabin cánh đơn, đồng thời giảm thiểu mô-men xoắn không cần thiết.

II. Vấn đề và thách thức trong phát điện gió

Mặc dù mô hình phát điện gió với tuabin cánh kép mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức cần giải quyết. Chi phí đầu tư ban đầu cho các hệ thống này vẫn còn cao, và việc tối ưu hóa thiết kế để đạt hiệu suất tối đa là một nhiệm vụ không dễ dàng. Ngoài ra, việc lắp đặt và bảo trì các tuabin gió cũng đòi hỏi nguồn lực và công nghệ cao.

2.1. Chi phí đầu tư và hiệu suất

Chi phí đầu tư cho tuabin gió cánh kép thường cao hơn so với cánh đơn. Tuy nhiên, hiệu suất thu năng lượng từ gió của tuabin cánh kép có thể cao hơn từ 1,3 đến 1,5 lần, giúp bù đắp cho chi phí ban đầu. Việc tính toán chi phí và lợi ích lâu dài là rất quan trọng.

2.2. Thách thức trong thiết kế và lắp đặt

Thiết kế tuabin gió cánh kép yêu cầu sự chính xác cao trong việc tính toán các yếu tố khí động học. Việc lắp đặt cũng cần được thực hiện bởi các chuyên gia có kinh nghiệm để đảm bảo hiệu suất tối ưu và an toàn trong quá trình vận hành.

III. Phương pháp tối ưu hóa mô hình phát điện gió

Để nâng cao hiệu suất của mô hình phát điện gió, nhiều phương pháp đã được áp dụng. Việc sử dụng công nghệ mới trong thiết kế và vật liệu chế tạo tuabin gió cánh kép là một trong những giải pháp hiệu quả. Ngoài ra, việc áp dụng các phần mềm mô phỏng cũng giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế và vận hành.

3.1. Công nghệ mới trong thiết kế tuabin

Công nghệ mới trong thiết kế tuabin gió cánh kép bao gồm việc sử dụng vật liệu nhẹ và bền hơn, giúp giảm trọng lượng và tăng khả năng thu năng lượng. Các thiết kế khí động học cũng được cải tiến để tối ưu hóa hiệu suất.

3.2. Sử dụng phần mềm mô phỏng

Phần mềm mô phỏng giúp các kỹ sư có thể dự đoán hiệu suất của mô hình phát điện gió trong các điều kiện khác nhau. Điều này giúp tối ưu hóa thiết kế và giảm thiểu rủi ro trong quá trình lắp đặt và vận hành.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tuabin cánh kép có thể thu được nhiều năng lượng hơn so với tuabin cánh đơn. Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu suất của tuabin cánh kép có thể đạt từ 30-40% năng lượng gió, cao hơn đáng kể so với các mô hình trước đây. Việc áp dụng mô hình này trong thực tiễn đã mang lại nhiều lợi ích cho ngành năng lượng tái tạo.

4.1. Kết quả thí nghiệm mô hình phát điện gió

Kết quả thí nghiệm cho thấy mô hình phát điện gió cánh kép có thể hoạt động hiệu quả ở tốc độ gió thấp hơn, giúp tận dụng tối đa nguồn gió tại một điểm. Điều này không chỉ tăng hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí vận hành.

4.2. Ứng dụng trong các dự án thực tế

Nhiều dự án phát điện gió đã áp dụng tuabin cánh kép và đạt được thành công lớn. Các dự án này không chỉ giúp cung cấp năng lượng sạch mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

V. Kết luận và tương lai của mô hình phát điện gió

Mô hình phát điện gió với tuabin cánh kép đang mở ra nhiều cơ hội cho ngành năng lượng tái tạo. Với những lợi ích vượt trội về hiệu suất và khả năng thu năng lượng, mô hình này hứa hẹn sẽ trở thành xu hướng trong tương lai. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ sẽ giúp giảm chi phí và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng gió.

5.1. Tương lai của công nghệ phát điện gió

Công nghệ phát điện gió sẽ tiếp tục phát triển với nhiều cải tiến mới. Việc nghiên cứu và áp dụng các công nghệ tiên tiến sẽ giúp nâng cao hiệu suất và giảm chi phí sản xuất điện từ gió.

5.2. Định hướng phát triển bền vững

Phát triển mô hình phát điện gió cánh kép không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường. Định hướng phát triển bền vững sẽ là mục tiêu hàng đầu trong ngành năng lượng tái tạo trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Năng lượng gió đang khẳng định vị thế là một trong những nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất trong chiến lược chuyển dịch năng lượng xanh toàn cầu. Tuy nhiên, rào cản lớn nhất hiện nay đối với ngành phong điện nằm ở chi phí đầu tư ban đầu và hiệu suất chuyển đổi năng lượng của các hệ thống tuabin truyền thống. Suất đầu tư thiết kế và lắp đặt nhà máy điện gió trên thế giới hiện dao động ở mức khoảng 800 Euro/kW và đạt khoảng 900 Euro/kW tại một số thị trường châu Á, cao hơn từ 2,5 đến 3 lần so với nhiệt điện than. Bên cạnh đó, các hệ thống tuabin gió một tầng cánh trục ngang hiện đại chỉ chuyển đổi được khoảng 30% đến 45% động năng của gió thành điện năng, khiến gần 2/3 luồng năng lượng phía sau rotor bị lãng phí.

Nhằm giải quyết triệt để vấn đề này, đề tài nghiên cứu tập trung xây dựng và phát triển mô hình phát điện gió hiệu quả sử dụng công nghệ tuabin gió cánh kép đồng trục quay ngược chiều. Mục tiêu cụ thể của luận văn là hoàn thiện mô hình toán học khí động học dòng chảy thu hẹp, thiết kế chế tạo cánh tuabin 3D và tiến hành thử nghiệm mô hình vật lý trong phòng thí nghiệm hầm gió để tối ưu hóa hiệu suất phát điện. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trên mô hình thực nghiệm với chiều dài sải cánh 25 cm, vận hành trong dải tốc độ gió từ 5,5 m/s đến 9,0 m/s. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài thể hiện ở việc chứng minh hệ thống cánh kép giúp tăng hiệu suất phát điện từ 1,3 đến 1,5 lần so với hệ cánh đơn, đồng thời triệt tiêu hoàn toàn mô-men xoắn phản lực, mở ra giải pháp đột phá cho các khu vực có vận tốc gió trung bình thấp từ 3 m/s đến 6 m/s như tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng thuyết động lượng phân tố cánh (Blade Element Momentum) kết hợp với định luật bảo toàn năng lượng và phương trình Bernoulli cho dòng khí nén qua rotor. Khái niệm giới hạn Betz lý tưởng xác định hệ số công suất cực đại của một tuabin gió cánh đơn là 16/27, tương đương 59,3%, nhưng trên thực tế chỉ đạt từ 30% đến 40%. Luận văn đã mở rộng mô hình lý thuyết này sang hệ hai tầng cánh đồng trục quay ngược chiều nhằm giải quyết bài toán tương tác khí động học giữa rotor phía trước và rotor phía sau.

Ba khái niệm cốt lõi được phát triển trong mô hình toán học gồm: hệ số thu hẹp dòng chảy cánh thứ nhất x, hệ số thu hẹp dòng chảy cánh thứ hai y, và hệ số công suất toàn phần z. Bằng phương pháp ước lượng số trị giải hệ phương trình khí động học, điểm cực trị của hiệu suất đạt giá trị tối ưu z = 0,8093 tại cặp giá trị x = 0,18 và y = 0,36. Điều này chứng minh rằng việc kết hợp hai hệ cánh không đơn thuần là phép cộng tuyến tính mà tạo ra sự dịch chuyển đỉnh cực trị khí động học, giúp hệ thống đạt hiệu suất thực tế cao gấp 1,37 lần so với giới hạn của cánh đơn truyền thống.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa mô phỏng giải tích toán học và kiểm chứng thực nghiệm trên mô hình vật lý thu nhỏ. Dữ liệu biên dạng khí động học đầu vào được trích xuất từ profile tiêu chuẩn NACA 4 chữ số thông qua phần mềm chuyên dụng DesignFOIL, sau đó mô hình hóa không gian 3D trên phần mềm Siemens NX11. Cỡ mẫu nghiên cứu thực nghiệm bao gồm 10 mặt phẳng mặt cắt phân tố (từ MP1 đến MP10) cách đều nhau 25 mm trên tổng chiều dài sải cánh 250 mm nhằm đảm bảo sự biến thiên góc xoắn và bề rộng dây cung đạt độ chính xác khí động học cao nhất.

Phương pháp chọn mẫu phân tố theo quy luật tối ưu góc tấn và tỷ số trượt lực nâng trên lực cản được lựa chọn nhằm cực đại hóa mô-men quay tiếp tuyến hữu ích. Hệ thống thực nghiệm được khảo sát trong phòng thí nghiệm hầm gió với 5 mức khoảng cách trục giữa hai tầng cánh (k thay đổi từ 4 đến 8) và 7 cấp vận tốc gió (từ 5,5 m/s đến 9,0 m/s với bước nhảy 0,5 m/s). Toàn bộ quá trình tính toán lý thuyết, thiết kế 3D, in mẫu thử bằng công nghệ in 3D và thu thập dữ liệu đo lường công suất phát trên tải trở được thực hiện liên tục trong khung thời gian nghiên cứu 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, mô hình tuabin gió cánh kép đồng trục mang lại sự gia tăng vượt trội về công suất phát điện so với tuabin cánh đơn ở mọi cấp vận tốc khảo sát. Tại dải vận tốc gió từ 5,5 m/s đến 9,0 m/s, công suất phát điện thực tế của hệ thống cánh kép tăng từ 30% đến 50%, đạt mức tăng trung bình 1,37 lần so với cấu hình cánh đơn có cùng diện tích quét.

Thứ hai, khoảng cách lắp đặt giữa hai lớp cánh k đóng vai trò quyết định đến hiệu suất tổng thể của hệ thống. Kết quả thực nghiệm với các giá trị k từ 4 đến 8 cho thấy khoảng cách tối ưu đạt được tại k = 6. Tại điểm này, dòng khí sau khi đi qua rotor thứ nhất có đủ không gian để ổn định áp suất trước khi đi vào rotor thứ hai, mang lại công suất cực đại cao hơn 12% so với vị trí k = 4 và cao hơn 8% so với vị trí k = 8.

Thứ ba, việc sử dụng hai rotor quay ngược chiều nhau giúp triệt tiêu gần như 100% mô-men xoắn phản lực tác dụng lên cột tháp, giảm thiểu rung động cơ học và ứng suất mỏi kết cấu. Đồng thời, ngưỡng vận tốc gió khởi động của tuabin cánh kép giảm xuống mức 3 m/s, thấp hơn 25% so với ngưỡng khởi động 4 m/s của tuabin cánh đơn cùng công suất thiết kế.

Thảo luận kết quả

Sự gia tăng vượt bậc về hiệu suất bắt nguồn từ việc rotor thứ hai đã thu hồi hiệu quả 2/3 phần động năng còn tồn dư trong dòng khí thoát ra từ rotor thứ nhất. Trên các đồ thị so sánh công suất phát điện theo điện trở tải tiêu thụ, đường đặc tính công suất của hệ cánh kép luôn nằm cao hơn rõ rệt so với đường đặc tính của cánh đơn trên toàn bộ dải biến trở thử nghiệm. Dữ liệu thực nghiệm này hoàn toàn trùng khớp với đồ thị giải tích mô phỏng trên phần mềm Grapher.

Về mặt kinh tế kỹ thuật, mặc dù việc bổ sung thêm một tầng cánh làm tăng chi phí chế tạo cánh khoảng 15% (chi phí cánh chiếm 15% tổng giá trị tuabin, khiến tổng chi phí hệ thống tăng thêm khoảng 2,25%), nhưng mật độ công suất phát điện lại tăng từ 30% đến 37%. Điều này giúp hạ giá thành sản xuất trên mỗi kWh điện thương phẩm và rút ngắn thời gian thu hồi vốn đầu tư từ 15% đến 20% so với việc lắp đặt các cụm tuabin cánh đơn thông thường.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm đưa công nghệ tuabin gió cánh kép từ mô hình phòng thí nghiệm vào ứng dụng thực tiễn quy mô công nghiệp, bốn giải pháp trọng tâm được đề xuất:

1. Hoàn thiện công nghệ chế tạo cánh: Ứng dụng vật liệu composite sợi carbon gia cường thay thế nhựa in 3D nhằm giảm 30% khối lượng cánh và tăng 50% độ bền uốn mỏi, thực hiện bởi các doanh nghiệp chế tạo cơ khí chính xác phối hợp với viện nghiên cứu trong thời gian 12 tháng.
2. Tích hợp bộ điều khiển thông minh: Thiết kế và lắp đặt hệ thống điều khiển MPPT kép độc lập cho hai máy phát điện nhằm tối ưu hóa điểm công suất cực đại ở dải vận tốc gió thấp từ 3 m/s đến 8 m/s, thực hiện bởi đội ngũ kỹ sư tự động hóa trong lộ trình 6 tháng.
3. Triển khai thử nghiệm quy mô thực địa: Xây dựng trạm phát điện gió cánh kép thử nghiệm công suất từ 10 kW đến 30 kW tại khu vực duyên hải miền Trung trong khung thời gian 18 tháng, do các công ty phát triển năng lượng tái tạo chủ trì nhằm đánh giá độ bền trong môi trường gió biển.
4. Xây dựng cơ chế khuyến khích đầu tư: Đề xuất Bộ Công Thương và các cơ quan quản lý ban hành khung chính sách ưu đãi giá điện sinh khối và phong điện hiệu suất cao với mức hỗ trợ cao hơn từ 5% đến 10% cho các dự án nội địa hóa công nghệ cánh kép trong giai đoạn 2 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Kỹ thuật Năng lượng: Tiếp cận khung lý thuyết BEM mở rộng, phương pháp giải bài toán cực trị khí động học và mô hình toán học dự báo công suất hai tầng cánh.
2. Kỹ sư thiết kế cơ khí và thiết bị năng lượng tái tạo: Tham khảo quy trình dựng hình 3D trên Siemens NX11 từ 10 mặt phẳng phân tố MP1 đến MP10 và thông số khoảng cách lắp đặt tối ưu k = 6 để ứng dụng vào chế tạo khuôn mẫu cánh tuabin.
3. Doanh nghiệp và chủ đầu tư dự án phong điện: Khai thác các phân tích chi phí kinh tế kỹ thuật, phương án gia tăng sản lượng điện từ 30% đến 37% tại các khu vực có tiềm năng gió thấp để tối ưu hóa bài toán tài chính dự án.
4. Giảng viên và nhà nghiên cứu tại các trường đại học kỹ thuật: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuyên đề, hướng dẫn đồ án tốt nghiệp và phát triển các nhánh nghiên cứu sâu hơn về máy phát điện đồng trục quay ngược chiều.

Câu hỏi thường gặp

1. Tuabin gió cánh kép khác biệt gì so với tuabin gió cánh đơn truyền thống? Tuabin cánh kép sử dụng hai rotor đồng trục quay ngược chiều nhau để hấp thụ 2/3 lượng động năng gió bị lãng phí sau tầng cánh thứ nhất. Cấu trúc này giúp triệt tiêu hoàn toàn mô-men xoắn phản lực và nâng cao hiệu suất phát điện tổng thể lên từ 1,3 đến 1,5 lần so với hệ cánh đơn.

2. Tại sao khoảng cách giữa hai lớp cánh k = 6 lại đạt hiệu suất tối ưu? Tại khoảng cách thực nghiệm k = 6, dòng khí sau tầng rotor thứ nhất có đủ không gian để phục hồi áp suất và ổn định trường vận tốc trước khi tác động vào rotor thứ hai. Dữ liệu thử nghiệm cho thấy cấu hình k = 6 mang lại công suất cực đại cao hơn 12% so với k = 4.

3. Công nghệ này có phù hợp với điều kiện gió tại Việt Nam không? Rất phù hợp vì đa số các vùng đồng bằng và ven biển Việt Nam có tốc độ gió trung bình chỉ từ 4 m/s đến 6 m/s. Tuabin cánh kép có vận tốc khởi động chỉ từ 3 m/s và đạt công suất định mức ở 8 m/s đến 10 m/s, thấp hơn nhiều so với mức 12 m/s đến 14 m/s của tuabin đơn.

4. Chi phí chế tạo hệ thống cánh kép có làm tăng giá thành tuabin quá cao không? Không, việc bổ sung thêm một lớp cánh chỉ làm tăng chi phí sản xuất cánh khoảng 15%, tương đương mức tăng chỉ 2,25% trên tổng chi phí toàn trạm. Trong khi đó, sản lượng điện thu được tăng từ 30% đến 37%, giúp rút ngắn thời gian thu hồi vốn từ 15% đến 20%.

5. Phần mềm nào được sử dụng để thiết kế và tính toán cánh tuabin trong nghiên cứu? Nghiên cứu sử dụng phần mềm DesignFOIL để trích xuất tọa độ biên dạng cánh NACA 4 chữ số, phần mềm Siemens NX11 để dựng hình không gian 3D cho 10 mặt cắt sải cánh từ MP1 đến MP10, và phần mềm Grapher để phân tích đồ thị điểm cực trị công suất.

Kết luận

• Xây dựng thành công mô hình toán học dòng chảy thu hẹp xác định điểm cực trị hiệu suất của tuabin gió cánh kép đạt mức z = 0,8093 tại cặp thông số x = 0,18 và y = 0,36.
• Thiết kế hoàn chỉnh biên dạng cánh 3D chuẩn NACA dài 250 mm với 10 mặt cắt phân tố trên Siemens NX11 và chế tạo thành công mẫu thử nghiệm thực tế.
• Xác định chính xác khoảng cách tối ưu giữa hai tầng cánh đồng trục là k = 6 thông qua hàng loạt thử nghiệm hầm gió ở các cấp vận tốc từ 5,5 m/s đến 9,0 m/s.
• Chứng minh hiệu suất phát điện của hệ cánh kép thực tế cao gấp 1,3 đến 1,5 lần so với cánh đơn, vận hành ổn định tại dải vận tốc gió thấp từ 3 m/s.
• Làm rõ cơ chế triệt tiêu mô-men xoắn phản lực giúp tăng cường độ bền kết cấu cột tháp và giảm thiểu chi phí bảo trì cơ khí dài hạn.

Trong giai đoạn 12 đến 24 tháng tới, hướng phát triển trọng tâm là mở rộng quy mô thử nghiệm công nghiệp với công suất 10 kW tại các trạm phong điện ven biển. Quý độc giả, kỹ sư và doanh nghiệp quan tâm có thể liên hệ tham khảo toàn văn luận văn để hợp tác triển khai và thương mại hóa công nghệ tuabin gió cánh kép hiệu quả cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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.