Nghiên cứu máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ tự điều chỉnh cánh

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1.2. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.2.1. Ý nghĩa khoa học

1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn

1.3. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

1.4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1.4.1. Đối tượng nghiên cứu

1.4.2. Phạm vi nghiên cứu

1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.6. BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI

2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ

2.1.1. Năng lượng gió

2.1.2. Đơn vị và hướng gió

2.1.3. Khảo sát bản đồ gió Việt Nam

2.1.4. Tình hình sử dụng năng lượng gió trên thế giới

2.2. TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ TẠI VIỆT NAM

2.3. TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ

2.3.1. Phân loại máy phát điện gió công suất nhỏ

2.3.2. Tuabin gió trục ngang (HAWT)

2.3.3. Tuabin gió trục đứng (VAWT)

2.3.4. Điều chỉnh cánh tuabin theo hướng gió của VAWT

2.3.4.1. Nguyên lý vòng quay lệch tâm

2.3.4.2. Nguyên lý điều chỉnh cánh bằng đòn bẩy lò xo

2.3.4.3. Sử dụng động cơ bước, động cơ servo

2.3.4.4. So sánh các giải pháp điều chỉnh cánh gió

2.4. CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI

2.4.1. Các nghiên cứu trong nước

2.4.2. Các nghiên cứu ở ngoài nước

2.5. CÁC VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI TRONG NGHIÊN CỨU HIỆN NAY

2.5.1. CÔNG SUẤT VÀ HIỆU SUẤT GIÓ TUABIN

2.5.2. TỈ SỐ TỐC ĐỘ GIÓ ĐẦU CÁNH (TSR)

2.5.3. ĐỘNG LỰC HỌC CÁNH VAWT

2.5.4. CƠ SỞ KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐUÔI LÁI

2.5.5. SỰ THAY ĐỔI KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐUÔI LÁI

2.5.6. PHÂN TÍCH VỊ TRÍ THAY ĐỔI GÓC CÁNH THEO HƯỚNG GIÓ

2.5.7. MỘT SỐ KIỂU BIÊN DẠNG CÁNH CỦA VAWT

2.5.7.1. Kiểu dạng cánh Savonius

2.5.7.2. Kiểu dạng cánh Darrieus Rotor

2.5.7.3. Kiểu dạng cánh NACA

2.5.7.4. So sánh các kiểu biên dạng cánh VAWT

2.8. PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ HÌNH HỌC BIÊN DẠNG CÁNH NACA

3. CHƯƠNG 3: Ý TƯỞNG THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG ÁN

3.1. PHÂN TÍCH VÀ CHỌN KIỂU TUABIN

3.2. Các yêu cầu về VAWT tự điều chỉnh cánh

3.3. CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VAWT CÔNG SUẤT NHỎ

3.3.1. Phương án chọn số cánh cho VAWT

3.3.2. Phương án chọn biên dạng cánh cho VAWT

3.3.3. Phương án thiết kế kết cấu cánh cho VAWT

3.3.4. So sánh chọn phương án thiết kế kết cấu cánh cho VAWT

3.4. Điều chỉnh cánh đón gió bằng lệch tâm (Cam) dùng biên dạng cánh NACA

4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ TRỤC ĐỨNG CÔNG SUẤT NHỎ

4.1. THÔNG SỐ THIẾT KẾ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ

4.2. CÁC CÔNG VIỆC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

4.2.1. Tính toán các thông số làm việc của VAWT

4.2.2. Tính toán các thông số thiết kế cánh VAWT theo dạng cánh NACA

4.2.3. Tính toán khoảng lệch tâm e cho cơ cấu điều chỉnh cánh đón gió

4.2.4. Mô phỏng hướng gió thổi qua cánh VAWT

4.2.5. Kết cấu đuôi lái (chong chóng gió)

5. CHƯƠNG 5: CHẾ TẠO VÀ KIỂM NGHIỆM

5.1. CHẾ TẠO CÁC BỘ PHẬN

5.1.1. Chế tạo bộ phận cánh

5.1.2. Chế tạo tay gân cánh

5.1.3. Chế tạo cơ cấu điều chỉnh cánh theo hướng gió

5.1.4. Chế tạo hoàn chỉnh máy

5.1.5. Chế tạo cột lắp máy

5.1.6. Lắp hoàn chỉnh máy thực tế

5.2. THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ

5.2.1. Thực nghiệm xác định giá trị lệch tâm e

5.2.2. Thực nghiệm xác định khả năng hoạt động của tuabin

6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ

Máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ đang trở thành một giải pháp tiềm năng cho việc khai thác năng lượng gió tại Việt Nam. Với khả năng hoạt động hiệu quả ở tốc độ gió thấp, loại máy này có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng tại các khu vực hẻo lánh. Nghiên cứu này sẽ đi sâu vào các đặc điểm và lợi ích của máy phát điện gió trục đứng, đồng thời phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của nó.

1.1. Đặc điểm của máy phát điện gió trục đứng

Máy phát điện gió trục đứng (VAWT) có thiết kế đơn giản, dễ lắp đặt và bảo trì. Loại máy này có thể hoạt động hiệu quả trong điều kiện gió không ổn định, giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng gió. Đặc biệt, máy phát điện gió trục đứng có thể hoạt động ở tốc độ gió thấp, từ 2,5 m/s đến 6 m/s.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng máy phát điện gió

Việc sử dụng máy phát điện gió trục đứng không chỉ giúp giảm chi phí năng lượng mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Năng lượng gió là nguồn năng lượng tái tạo, sạch và bền vững, giúp giảm thiểu khí thải carbon và ô nhiễm môi trường.

II. Thách thức trong nghiên cứu máy phát điện gió trục đứng

Mặc dù máy phát điện gió trục đứng có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong quá trình nghiên cứu và phát triển. Các vấn đề như hiệu suất năng lượng, độ bền của vật liệu và khả năng tự điều chỉnh cánh theo hướng gió cần được giải quyết để nâng cao hiệu quả hoạt động của máy.

2.1. Vấn đề hiệu suất năng lượng

Hiệu suất năng lượng của máy phát điện gió trục đứng thường thấp hơn so với máy phát điện gió trục ngang. Điều này đòi hỏi các nghiên cứu cần tìm ra các giải pháp tối ưu hóa thiết kế cánh và cấu trúc máy để nâng cao hiệu suất.

2.2. Độ bền và vật liệu chế tạo

Độ bền của máy phát điện gió trục đứng phụ thuộc vào chất liệu chế tạo. Việc lựa chọn vật liệu nhẹ nhưng chắc chắn là rất quan trọng để đảm bảo máy có thể hoạt động lâu dài trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt.

III. Phương pháp nghiên cứu máy phát điện gió trục đứng

Nghiên cứu này áp dụng các phương pháp khoa học hiện đại để phát triển máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ. Các phương pháp này bao gồm tính toán thiết kế, mô phỏng và thử nghiệm thực tế để đánh giá hiệu suất của máy.

3.1. Tính toán thiết kế cánh

Tính toán thiết kế cánh là bước quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất của máy phát điện gió. Các thông số như biên dạng cánh, độ lệch tâm và góc nghiêng cần được xác định chính xác để đảm bảo máy hoạt động hiệu quả.

3.2. Mô phỏng và thử nghiệm

Mô phỏng và thử nghiệm thực tế giúp đánh giá khả năng hoạt động của máy phát điện gió trong các điều kiện khác nhau. Qua đó, các nhà nghiên cứu có thể điều chỉnh thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ bền của máy.

IV. Ứng dụng thực tiễn của máy phát điện gió trục đứng

Máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ có thể được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ cung cấp điện cho các khu vực hẻo lánh đến việc hỗ trợ năng lượng cho các tòa nhà cao tầng. Việc phát triển công nghệ này sẽ góp phần vào việc sử dụng năng lượng tái tạo tại Việt Nam.

4.1. Cung cấp điện cho khu vực hẻo lánh

Máy phát điện gió trục đứng có thể cung cấp nguồn điện ổn định cho các khu vực không có lưới điện quốc gia. Điều này giúp cải thiện chất lượng cuộc sống cho người dân tại các vùng sâu, vùng xa.

4.2. Hỗ trợ năng lượng cho tòa nhà cao tầng

Việc lắp đặt máy phát điện gió trục đứng trên các tòa nhà cao tầng không chỉ giúp giảm chi phí điện năng mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường. Nguồn năng lượng gió có thể được sử dụng để cung cấp điện cho các thiết bị trong tòa nhà.

V. Kết luận và tương lai của máy phát điện gió trục đứng

Máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ tự điều chỉnh cánh theo hướng gió là một giải pháp tiềm năng cho việc khai thác năng lượng gió tại Việt Nam. Với những nghiên cứu và phát triển tiếp theo, công nghệ này có thể trở thành một phần quan trọng trong hệ thống năng lượng tái tạo của đất nước.

5.1. Tương lai của công nghệ máy phát điện gió

Công nghệ máy phát điện gió trục đứng sẽ tiếp tục được nghiên cứu và phát triển để nâng cao hiệu suất và độ bền. Các giải pháp mới sẽ được áp dụng để tối ưu hóa thiết kế và cải thiện khả năng hoạt động của máy.

5.2. Đóng góp vào phát triển bền vững

Việc phát triển máy phát điện gió trục đứng không chỉ giúp cung cấp năng lượng sạch mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc hướng tới một tương lai bền vững cho Việt Nam.

Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu phát triển máy phát điện gió trục đứng công suất nhỏ tự điều chỉnh cánh theo hướng gió