Nghiên cứu hệ thống năng lượng gió trụ ngang nhỏ với hiệu ứng hầm gió Wind Cube

LÝ LỊCH KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1. Lý do chọn đề tài

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

1.5. Phương pháp nghiên cứu

1.5.1. Phương pháp kế thừa

1.5.2. Phương pháp thu thập thông tin

1.5.3. Phương pháp tính toán thiết kế

1.5.4. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

1.6. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1. Tổng quan về năng lượng gió

2.1.1. Năng lượng gió

2.1.2. Nguyên nhân hình thành gió

2.1.3. Đơn vị và hướng gió

2.1.4. Bản đồ gió Việt Nam

2.2. Tổng quan về máy phát điện gió

2.2.1. Lịch sử phát triển máy phát điện gió

2.2.2. Giới thiệu tuabin gió

2.2.2.1. Tuabin gió trục ngang (HAWT)

2.2.2.2. Tuabin gió trục đứng (VAWT)

2.2.3. Những lợi ích khi sử dụng gió để sản xuất điện

2.3. Tiềm năng phát triển năng lượng gió công suất nhỏ tại Việt Nam

2.3.1. Các nguyên cứu trong và ngoài nước

2.3.1.1. Nguyên cứu ngoài nước

2.3.1.2. Nghiên cứu trong nước

2.4. Các vấn đề còn tồn tại trong nghiên cứu hiện nay

2.4.1. Cơ sở lý thuyết tuabin gió trục ngang

2.4.1.1. Khái niệm hoạt động thực của rotor

2.4.1.2. Thuyết động lượng và hệ số công suất của rotor

2.4.1.3. Số Betz giới hạn

2.4.1.4. Công suất tuabin gió

2.4.1.5. Tỉ số tốc độ đầu cánh (TSR)

2.4.1.6. Động lực học cánh tuabin

2.4.2. Động lực học của rotor

2.4.3. Cơ sở lý thuyết dòng chảy

2.4.3.1. Trạng thái chuyển động của chất lưu

2.4.3.1.1. Tiêu chuẩn phân biệt hai trạng thái dòng chảy

2.4.3.1.2. Ảnh hưởng trạng thái chảy đối với quy luật tổn thất cột nước

2.4.3.2. Tổn thất dọc đường

2.4.3.2.1. Công thức tổng quát Dacxi

2.4.3.2.2. Thí nghiệm Nicuratsơ

2.4.3.3. Tổn thất cục bộ

2.4.3.3.1. Mất năng do thay đổi tiết diện chảy

2.4.3.3.2. Mất năng do thay đổi hướng chảy

2.4.4. Cơ sở lý thuyết hầm gió

2.4.4.1. Phương trình liên tục

2.4.4.2. Kết cấu hầm gió

2.4.4.3. Kết cấu cơ bản của hầm gió

3. CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH KẾT CẤU HẦM GIÓ

3.1. Ảnh hưởng của hầm gió đến tốc độ gió

3.1.1. Chọn loại tuabin sử dụng thí nghiệm

3.1.2. Xác định hầm gió thí nghiệm

3.1.3. Mô phỏng hầm gió thí nghiệm

3.1.3.1. Mô tả thiết bị

3.1.3.2. Thiết bị đo kiểm

3.1.3.3. Các bước tiến hành thí nghiệm

3.2. Kết quả thảo luận

3.2.1. Ảnh hưởng của biên dạng đầu vào

3.2.2. Thiết kế kết cấu hầm gió

3.2.2.1. Thông số thiết kế hệ thống

3.2.2.2. Tuabin sử dụng

3.2.3. Xác định kết cấu hầm gió

3.2.3.1. Xác định đường kính ngoại tiếp

3.2.3.2. Xác định góc đầu thu

4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ

4.1. Mô phỏng hoạt động của hầm gió

4.1.1. Mô tả thiết bị

4.1.2. Thiết bị đo kiểm

4.1.3. Thiết bị tạo gió

4.1.4. Các bước tiến hành thực nghiệm

4.2. Kết quả thảo luận

5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về năng lượng gió

Năng lượng gió là một dạng năng lượng tái tạo, được hình thành từ động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển. Năng lượng này có nguồn gốc từ bức xạ mặt trời, khi ánh sáng mặt trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều, tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ và áp suất, dẫn đến sự hình thành gió. Gió không chỉ là một nguồn năng lượng sạch mà còn có tiềm năng lớn trong việc sản xuất điện. Theo nghiên cứu, Việt Nam có tiềm năng phát triển năng lượng gió rất lớn, đặc biệt là ở các khu vực ven biển và cao nguyên. Tuy nhiên, việc khai thác năng lượng gió vẫn còn nhiều thách thức, đặc biệt là ở những vùng có tốc độ gió thấp như thành phố Hồ Chí Minh.

1.1. Nguyên nhân hình thành gió

Bức xạ mặt trời không đồng đều trên bề mặt Trái Đất tạo ra sự khác biệt về nhiệt độ và áp suất, dẫn đến sự di chuyển của không khí. Hiện tượng này được gọi là gió. Gió có thể được phân loại theo hướng và tốc độ, với các đơn vị đo lường như km/h hoặc m/s. Sự di chuyển của không khí không chỉ bị ảnh hưởng bởi bức xạ mặt trời mà còn bởi sự quay của Trái Đất, tạo ra các dòng không khí theo mùa và các cơn gió xoáy. Điều này cho thấy sự phức tạp trong việc nghiên cứu và khai thác năng lượng gió.

1.2. Tiềm năng năng lượng gió tại Việt Nam

Việt Nam nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa, với bờ biển dài và gió Tây Nam thổi vào mùa hè, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển năng lượng gió. Theo các nghiên cứu, hơn 39% tổng diện tích Việt Nam có tốc độ gió trung bình lớn hơn 6m/s ở độ cao 65m, cho thấy tiềm năng lớn cho việc lắp đặt các tuabin gió. Tuy nhiên, việc khai thác năng lượng gió vẫn còn hạn chế, đặc biệt ở những khu vực có tốc độ gió thấp như thành phố Hồ Chí Minh, nơi cần có các giải pháp tăng tốc độ gió để sử dụng hiệu quả.

II. Hệ thống năng lượng gió trụ ngang

Hệ thống năng lượng gió trụ ngang (HAWT) là một trong những công nghệ phổ biến nhất trong việc khai thác năng lượng gió. Các tuabin gió trụ ngang thường được thiết kế để hoạt động hiệu quả ở tốc độ gió cao, thường là trên 6 m/s. Tuy nhiên, ở những khu vực có tốc độ gió thấp, như thành phố Hồ Chí Minh, việc sử dụng các tuabin này gặp nhiều khó khăn. Nghiên cứu về hiệu ứng hầm gió (Wind Cube) cho thấy có thể cải thiện hiệu suất của các tuabin gió trụ ngang bằng cách tăng tốc độ gió trước khi gió vào cánh tuabin. Điều này không chỉ giúp tăng hiệu suất phát điện mà còn mở rộng khả năng ứng dụng của tuabin gió trong các khu vực có tốc độ gió thấp.

2.1. Hiệu ứng hầm gió

Hiệu ứng hầm gió là một phương pháp cải tiến giúp tăng tốc độ gió trước khi gió vào cánh tuabin. Nghiên cứu cho thấy rằng việc thiết kế một hầm gió phù hợp có thể giúp tăng tốc độ gió từ 2,5 m/s lên mức cao hơn, cho phép các tuabin gió trụ ngang hoạt động hiệu quả hơn. Các mô hình mô phỏng và thực nghiệm đã chỉ ra rằng hầm gió có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của tuabin gió, từ đó giúp tăng sản lượng điện sản xuất từ năng lượng gió.

2.2. Thiết kế và chế tạo hầm gió

Thiết kế hầm gió cần phải dựa trên các thông số kỹ thuật cụ thể để đảm bảo hiệu suất tối ưu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc xác định kích thước, hình dạng và vật liệu của hầm gió là rất quan trọng. Hầm gió được chế tạo từ các vật liệu nhẹ nhưng bền, giúp giảm chi phí và tăng tính khả thi trong việc lắp đặt. Thực nghiệm cho thấy rằng hầm gió có thể giúp tăng tốc độ gió vào cánh tuabin, từ đó nâng cao hiệu suất phát điện của hệ thống năng lượng gió trụ ngang.

III. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu về hệ thống năng lượng gió trụ ngang nhỏ với hiệu ứng hầm gió Wind Cube đã chỉ ra rằng việc ứng dụng công nghệ này có thể giúp cải thiện hiệu suất của các tuabin gió trong các khu vực có tốc độ gió thấp. Việc thiết kế và chế tạo hầm gió phù hợp là rất cần thiết để tối ưu hóa khả năng phát điện từ năng lượng gió. Đề xuất các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc cải tiến thiết kế hầm gió và thử nghiệm thực tế để đánh giá hiệu quả của các giải pháp này trong điều kiện cụ thể của Việt Nam.

3.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc phát triển các mô hình hầm gió mới, có khả năng hoạt động hiệu quả hơn trong các điều kiện gió thấp. Cần có các thử nghiệm thực tế để đánh giá hiệu suất của các thiết kế hầm gió khác nhau, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho việc khai thác năng lượng gió tại Việt Nam.

Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu phát triển hệ thống năng lượng gió trụ ngang công suất nhỏ