Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa, phát triển năng lượng là rất quan trọng và cấp bách. Một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm là năng lượng gió. Nước ta có bờ biển dài hơn 3000 km, rất thuận lợi phát triển điện gió. Nghiên cứu Ngân hàng Thế giới WB vào năm 2001 chỉ ra rằng Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất trong 4 nước trong khu vực (Campuchia, Lào, Thái Lan và Việt Nam).
Hơn 39% tổng diện tích của Việt Nam được ước tính là có tốc độ gió trung bình hàng năm lớn hơn 6 m/s ở độ cao 65m, tương đương tổng công suất 512 GW [9]. Nhưng hiện nay Việt Nam mới chỉ có 3 trang trại gió được xây dựng, phát điện và nối lưới, với tổng công suất 52 MW, tương đương khoảng 1/10000 của công suất tiềm năng, đó là Tuy Phong – Bình Thuận với 30MW (20x1,5MW; Hãng Fuhrlaender - Đức); Đảo Phú Quý - Bình Thuận với 6MW (3x2MW; Hãng Vestas - Đan Mạch); Bạc Liêu với 16MW (10x1,6MW; Hãng General Electric - Hoa Kỳ). Điều này là một sự lãng phí rất lớn, vì với nhiên liệu hóa thạch, khi chưa khai thác thì vẫn còn lại trong lòng đất, còn đối với gió nếu không khai thác thì năng lượng gió sẽ mất đi và không lưu trữ được. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự yếu kém này, trong đó một nguyên nhân quan trọng là chúng ta chưa xác định được tiềm năng gió chính xác.
Để làm được điều này việc quan trọng hàng đầu là “Đo Gió”, nhằm đưa ra một kết quả tổng thể và đáng tin cậy về tiềm năng gió trên toàn bộ lãnh thổ. NGUYỄN BÁCH PHÚC Hơn nữa khi tính toán đầu tư xây dựng một trang trại điện gió, đòi hỏi việc đo gió phải đi trước 1 bước, phải ứng dụng những công nghệ riêng, khác với công nghệ đo gió khí tượng.2 Mục đích nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu của đề tài Mục đích chính là tìm hiểu công nghệ đo gió, thiết bị đo gió, phần mềm tính toán công suất và năng lượng của một trang trại điện gió để đánh giá, kiểm tra tính khả thi của đầu tư trang trại điện gió.3 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài Tìm hiểu công nghệ đo gió hiện đại của các nước tiên tiến. Tìm hiểu các Phần mềm tính toán công suất và năng lượng từ kết quả đo. Tìm hiểu phương pháp xác định vùng đo lớn, có khả năng xây dựng nhiều trang trại điện gió.
Tìm hiểu phương pháp xác định vùng đo cụ thể, nơi có khả năng xây dựng một trang trại điện gió. Tìm hiểu cách thức lắp đặt hệ thống đo gió. Tìm hiểu phương pháp sàng lọc và đánh giá dữ liệu đo.4 Kết quả dự kiến Đưa ra một bộ tài liệu tương đối đầy đủ về kỹ thuật và công nghệ đo gió, có thể xem như là một Giáo trình đo gió phù hợp với điều kiện Việt Nam. NGUYỄN BÁCH PHÚC Chương 2 CÔNG NGHỆ ĐO GIÓ CHO XÂY DỰNG TRANG TRẠI ĐIỆN GIÓ 2.1 Tổng quan Từ cuộc cách mạng khoa học công nghệ thứ nhất, nhân loại đã nghiên cứu kỹ phương pháp đo gió, tạo ra một công nghệ đo gió hoàn chỉnh phục vụ cho ngành khí tượng.
Những con số thống kê và đo đạc về gió không những có ở các nước tiên tiến, mà ở Việt Nam đã có từ ngày người Pháp sang Việt Nam, với những Trạm đo gió rất nghiêm túc. Số liệu đo gió được lưu trữ rất cẩn thận cho đến tận ngày hôm nay, từ đó người ta có những bản đồ gió rất chi tiết. Càng về sau công nghệ đo gió càng phát triển, nhưng nói chung công nghệ đo gió khí tượng thủy văn và công nghệ đo gió phục vụ trang trại điện gió là hai công nghệ hoàn toàn khác nhau, mặc dù cả hai đều dùng máy đo gió nhưng công nghệ của chúng lại không giống nhau. Công nghệ đo gió cho khí tượng thủy văn chủ yếu là để lấy các con số thống kê, lưu trữ con số thống kê, giúp cho con người căn cứ vào các con số thống kê đó để phục vụ cho công tác dự báo thời tiết, dự báo khí tượng thủy văn, phục vụ cho các công trình xây dựng, chủ yếu là phục vụ cho việc thiết kế tính toán chống gió, chống bão đảm bảo an toàn cho các công trình.
Còn đo gió cho trang trại điện gió thì có mục tiêu hoàn toàn khác: Mục tiêu thứ nhất là xác định công suất phát điện tối đa, tối thiểu của vùng đất sẽ thiết kế xây dựng trang trại điện gió. Để làm được điều này, công nghệ đo gió phát điện trước hết phải xác định đầy đủ các chỉ tiêu cần đo. Căn cứ vào công thức tính công suất tức thời của gió tại thời điểm đo: 3 GVHD: TS. NGUYỄN BÁCH PHÚC P = ½ ρ.V3 (1) Trong đó: - A: Diện tích quét của cánh quạt Turbin gió - V: Vận tốc gió - : Mật độ khí ρ = p/(R.
T) (2) p: Áp suất khí R: Hằng số khí T: Nhiệt độ khí Nên đo gió phát điện cần đo đạc đầy đủ các thông số như công thức trên, cụ thể là phải đồng thời đo Vận tốc gió V, Áp suất khí p, Nhiệt độ khí T. Còn trong khí tượng chỉ cần 2 thông số chính là tốc độ gió và hướng gió [11]. Mục tiêu thứ hai là tính toán năng lượng điện có thể cung cấp hàng năm của trang trại gió. Để đạt được mục tiêu này, đo gió phát điện phải đo liên tục với tần số 1 Hz (nghĩa là 1 giây đo 1 số liệu) và sau 10 phút thì tính toán giá trị trung bình các giá trị vừa đo được [2].
Vì vậy, trong đo gió phát điện người ta phải dùng các máy đo rất hiện đại, trang bị phần mềm để ghi chép và xử lý tự động. Thời gian đo đối với điện gió tối thiểu là 1 năm, mới có thể xác định công suất diễn biến từng tháng từng mùa trong năm.2 Các chỉ tiêu cần đo 2.1 Tốc độ gió Việc đo đạc tốc độ gió sẽ được thực hiện theo tiêu chuẩn IEC 61400-12-1. Máy đo gió phải được hiệu chuẩn theo chỉ dẫn của MEASNET bởi MEASNET đã được 4 GVHD: TS. NGUYỄN BÁCH PHÚC sự chấp thuận của Viện đo lường quốc tế.
Và sẽ tốt hơn khi hiệu chuẩn cho từng đợt đo đạc riêng. Tốc độ gió thường lấy từ máy đo gió dạng hình chén. Máy đo phải có khả năng ghi chép các thông số ít nhất một lần trong một giây, và sau 10 phút phải ghi chép giá trị trung bình của các chỉ số đó, và giá trị độ lệch chuẩn của tốc độ gió trong toàn bộ khoảng thời gian đo. Máy đo phải ghi chép đầy đủ các thông số theo đúng thứ tự 10 phút một lần, tương ứng với giờ, ngày, tháng, trong suốt 1 năm [2].
Các thông số được đo đạc này được ghi chép, sẽ được tính toán, xử lý, lưu trữ bằng một phần mềm gắn với máy đo gió. Để tính toán tốc độ gió, một phương trình tuyến tính được áp dụng từ độ nghiêng của máy đo gió và độ lệch giữa tốc độ gió thực và tốc độ quay của máy đo gió: Slope.C x Offset : C x 0 Vwind (3) 0 : Cx 0 Trong đó: Slope, Offset: Giá trị nhà sản xuất cung cấp. Cx: Giá trị của tần số từ bộ đếm Cx (Hz) Các kết quả của toàn bộ phép đo sẽ được xuất ra từ phần mềm của máy đo gió, sẽ là dữ liệu cơ bản cho các phần mềm tính toán công suất và tiềm năng trung bình hằng năm của trang trại điện gió. Độ không chắc chắn trong các phép đo tốc độ gió sẽ được đánh giá trong quá trình kiểm tra vị trí đo, kiểm tra độ chuẩn xác của máy đo gió, điều này giúp chính xác hóa dự báo tổng tiềm năng năng lượng hằng năm.
Khi đánh giá hiệu suất, công suất, tải cơ học, chất lượng điện hoặc độ ồn của một Turbin gió thì tốc độ gió là một tham số rất quan trọng thường được ưu tiên nhất. NGUYỄN BÁCH PHÚC Độ cao của vị trí đặt máy đo gió hết sức quan trọng. Người ta thường chọn độ cao tối thiểu bằng 2/3 độ cao của trụ điện gió tương lai. Máy đo gió chính sẽ được bổ trợ một máy đo gió dự phòng, được lắp đặt theo IEC 61400-12-1 để so sánh tại chỗ và lấp đầy các khoảng trống dữ liệu.
Máy đo gió trên cột đo còn có thể được bổ sung các cảm biến đo đạc từ xa để ngoại suy việc đo gió ở các độ cao khác nhau hay các vị trí khác nhau. Để đánh giá độ dịch chuyển của gió và xác định biên dạng tại một vị trí, cần sử dụng ít nhất một máy đo gió bổ sung với sự chệnh lệch đáng kể về chiều cao (tối thiểu 20m). Khi chọn chiều cao đo đạc cần lưu ý rằng độ cao quan trọng nhất là độ cao nằm trong khu vực quét của cánh quạt.2 Nhiệt độ không khí Việc đo đạc nhiệt độ không khí phải được thực hiện theo tiêu chuẩn IEC 61400- 12-1. Một bộ cảm biến phải được lắp đặt với chiều cao lớn hơn 10m so với mặt đất.
Các cảm biến phải được hiệu chuẩn. Thời gian đo đạc tối thiểu là 12 tháng để đánh giá các biến đổi theo mùa một cách phù hợp. Bắt buộc phải có sự che chở thích hợp để giảm thiểu đến mức thấp những sai lệch và sự bất định do bức xạ mặt trời. Tín hiệu điện áp ngõ ra từ cảm biến nhiệt độ tỷ lệ nhiệt độ thực tế: T[0 C] Slope[0 C / V] .U[ V] Offset[0 C] (4) Trong đó: Slope, Offset: Giá trị nhà sản xuất cung cấp.
U[V]: Giá trị của điện áp ngõ ra (V) Ở những nơi có điều kiện gió không ổn định cho các mục đích liên quan tới việc sử dụng năng lượng gió, thì cần phải đo độ ổn định một cách rõ ràng, tốt nhất là đo 6 GVHD: TS. NGUYỄN BÁCH PHÚC thông lượng nhiệt bằng cách sử dụng máy đo gió loại siêu âm. Mặc khác, sự ổn định có thể được ước lượng bằng cách dùng hai hay nhiều cảm biến nhiệt độ, tốt nhất là lệch nhau về độ cao.3 Áp suất không khí Đo áp suất không khí,vị trí tốt nhất là gần độ cao trục. Nếu cảm biến áp suất không khí được lắp đặt gần độ cao của trục thì áp suất không khí sẽ được đo lường theo ISO 2533.
Tín hiệu điện áp ngõ ra từ cảm biến độ ẩm tỷ lệ độ ẩm thực tế: P[ mbar] Slope[ mbar / V ] .