CHƯƠNG 1. Lý do chọn đề tài Những năm gần đây ngành công nghiệp ô tô phát triển rất mạnh mẽ đặc biệt là ô tô điện. Song song với sự phát triển của ô tô điện, vấn đề nhiên liệu và ô nhiễm môi trường đang là thách thức đối với các hãng sản xuất ô tô sử dụng năng lượng truyền thống. Năng lượng truyền thống (năng lượng hóa thạch) đang ngày càng cạn kiệt, ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng đã và đang là những vấn đề mang tính toàn cầu.
Hơn thế nữa từ vài chục năm gần đây với nguy cơ cạn kiệt dần những nguồn nhiên liệu khai thác được từ lòng đất và vấn đề ô nhiễm môi trường do việc đốt hàng ngày một khối lượng lớn các nguồn nhiên liệu hoá thạch. Từ những điều kiện và tình hình thực tế trên việc nghiên cứu, sử dụng các dạng năng lượng tái tạo của thiên nhiên trong đó có năng lượng gió lại được nhiều nước trên thế giới đặc biệt được quan tâm. Trên cơ sở áp dụng các thành tựu mới của nhiều ngành khoa học tiên tiến thì việc nghiên cứu sử dụng năng lượng gió đã đạt được những tiến bộ rất lớn cả về chất lượng các thiết bị và quy mô ứng dụng. Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của sức gió là để tạo ra hệ thống phát điện.
Tại Việt Nam với sự ra đời các dòng ô tô điện của hãng Vinfast đang tạo ra làng sóng xanh về năng lượng sử dụng cho ô tô hiện nay. Như chúng ta đã biết công nghệ pin trên ô tô điện là một thách thức lớn đối với các hãng sản xuất ô tô điện trên toàn cầu, đòi hỏi cần có sự nghiên cứu, sáng tạo ra các loại pin ô tô điện bền vững hơn, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường hơn, quan trọng hơn hết là cải thiện được quãng đường di chuyển trong một lần sạc đầy. Một trong những giải pháp để tăng quãng đường di chuyển được các chuyên gia đưa ra là tận dụng được các nguồn năng lượng tái tạo như: năng lượng tái tạo khi xe giảm tốc (Phanh tái sinh), pin năng lượng mặt trời, hay từ một nguồn năng lượng rất dồi giàu là gió thông qua hệ thống turbine gió thu hồi năng lượng. Một trong số các nguồn năng lượng mới, năng lượng bằng sức gió là nguồn năng lượng sạch và không làm hại môi trường, phát triển nhanh nhất trên thế giới vì nguyên liệu dồi dào, rẻ tiền, dễ áp dụng.
Trong quá trình ô tô di chuyển sẽ có lực cản gió tác dụng vào phía đầu xe và kính lái, một phần không khí sẽ trượt theo kính lái lên phần mui xe. Tiềm năng của năng lượng gió tác dụng vào xe khi xe di chuyển là rất cao, việc tận dụng lực gió tác dụng vào xe trong quá trình xe di chuyển có thể tạo ra điện nạp lại cho ắc-qui xe giúp tăng quãng đường xe di chuyển là hoàn toàn khả thi. 1 Vì vậy đề tài: “Thiết kế, chế tạo hệ thống thu hồi năng lượng sử dụng turbine gió trên ô tô điện” mang tính cấp thiết và có ý nghĩa rất quan trọng điều kiện tình hình kinh tế - xã hội ở Việt Nam hiện nay. Mục đích của đề tài Tận dụng được nguồn năng lượng xanh để giảm thiểu tiêu thụ năng lượng hóa thạch gây ra ô nhiểm môi trường.
Giảm thiểu tiêu thụ năng lượng từ nguồn điện chính của ô tô điện, giúp gia tăng hiệu suất, tiết kiệm năng lượng, giảm được chi phí vận hành. Mô hình được thiết kế gia công nhằm mục đích tạo ra nguồn điện thụ động khi xe di chuyển hoặc đứng yên tại chổ với điều kiện có luồng gió mạnh tạo ra dòng điện để nạp sạc cho bình và sạc điện thoại di động trực tiếp trên xe. + Đồng thời chứng chứng minh được lý thuyết từ nhóm mô phỏng việc thiết kế hóc thu hồi năng lượng gió trên xe có thể tạo ra nguồn điện thụ động nạp sạc trực tiếp cho ắc quy trên xe. Cấu tạo mô hình không quá phức tạp, có thể dễ dàng tháo lắp quan sát, và dễ dàng sửa chữa cũng như bảo dưỡng, phục vụ mục đích nghiên cứu giãng dạy của ngànnh Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô.
Phạm vi nghiên cứu Sử dụng các kiến thức trong quá trình học để tìm hiểu cơ sở lý thuyết về hệ thống thu hồi năng lượng sử dụng turbine gió, nghiên cứu các bài báo khoa học chủ yếu từ các tài liệu nước ngoài của các trường đại học, nhóm nghiên cứu trên thế giới. Đối tượng nghiên cứu Hệ thống thu hồi năng lượng sử dụng turbine gió trên ô tô điện. Nhiệm vụ đề tài - Tìm hiểu lịch sử phong điện, cấu tạo nguyên lý hoạt động của máy phát điện sử dụng năng lượng gió và phân tích ưu nhược điểm của năng lượng gió. - Đề ra phương án tính toán thiết kế mô hình và mô phỏng trên các phần mền Inventor, Lapview.
Hoàn thành bản vẽ chi tiết. - Làm mô hình minh họa hệ thống thu hồi năng lượng gió sử dụng turbine trên ô tô điện 2 chổ ngồi. - Tính toán và thu số liệu thực nghiệm cho mô hình. 2 - So sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu thực tế hoặc dữ liệu từ các nghiên cứu tương tự để xác nhận chính xác của mô hình.
Phương pháp nghiên cứu - Tìm kiếm, tham khảo đọc hiểu các nguồn tài liệu có liên quan đến đề tài của mình để phân tích và tổng hợp những nội dung chính cần nghiên cứu. Tham khảo hướng dẫn sử dụng của các phầm mềm tính toán, vẽ thiết kế Inventor. - Tính toán thu số liệu thực nghiệm dựa vào phần mềm LapVIEW. Nội dung nghiên cứu và tiến độ thực hiện đề tài - Lên ý tưởng và tìm hiểu tổng quan đề tài - Nghiên cứu, thiết kế, tính toán thu thập thông tin: + Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của turbine gió và các tích hợp vào ô tô điện.
+ Thu thập dữ liệu về điều kiện môi trường như tốc độ gió và hướng gió, tốc dộ di chuyển của xe. Thực nghiệm lấy thông số tốc độ gió, tốc độ thực tế của xe - Thiết kế, gia công mô hình. + Chọn vật liệu gia công + Gia công thực tế mô hình dựa trên mô hình đã tiến hành thiết kế trên phần mềm Inventor và mô phỏng trên phần mềm Ansys. 3 + Tiến hành thu thập số liệu thực nghiệm được tính toán trên phần mềm Lapview với các dữ liệu đo được và xuất ra biểu đồ lực cần thiết để tiến hành tính toán đưa ra kết quả cuối cùng.
- Thiết kế tính toán góc đón gió trên mô hình sử dụng phần mềm điều khiển Arduino - Kiểm tra và hiệu chỉnh. + So sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực nghiệm hoặc dữ liệu từ các nghiên cứu tương tự để xác nhận chính xác của mô hình. Tiến độ thực hiện đề tài STT Các nội dung, công việc thực hiện Thời gian thực hiện 1 Tiến hành nghiên cứu đề tài Từ tuần 1 – tuần 2 Đề ra và lựa chọn phương án thiết kế cho 2 Từ tuần 2 – tuần 3 phù hợp với mô hình trên xe điện 2 chổ ngồi 3 Thiết kế mô hình hoàn thiện bằng Inventer Từ tuần 3 – tuần 5 4 Tiến hành gia công thực tế mô hình Từ tuần 5 – tuần 8 5 Tính toán thiết kế lắp đặt hệ thống điện Từ tuần 8 – tuần 9 Kiểm nghiệm mô hình so với mô phỏng và 6 Từ tuần 9 – tuần 12 tính toán trước đó 7 Hoàn thành thuyết minh đề tài viết báo cáo Từ tuần 12 – tuần 13 1. Tính mới của đề tài Đây là vấn đề nghiên cứu mới trong lĩnh vực năng lượng tái tạo được sử dụng trên ô tô điện, trong nước chưa có nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề này.
Do đó các tài liệu tham khảo đều được chúng em lựa chọn và tìm hiểu thông qua các công trình nghiên cứu Luận văn, Luận án tốt nghiệp , công trình công bố nước ngoài. Dựa trên sự phân tích của các công trình nghiên cứu trước, chúng em đã lựa chọn và đề xuất tính toán thiết kế mô hình thực nghiệm từ đó xây dựng mô hình tính toán và các thông số của hệ thống thu hồi năng lượng sử dụng turbine gió trên ô tô điện, xây dựng được thuật toán điều khiển góc đón gió của hệ thống dựa trên những yêu cầu về thu hồi tối đa năng lượng gió khi xe bắt đầu hoạt động mà vẫn đãm bảo được tính ổn định khi xe di chuyển. Thực nghiệm thu thập số liệu để xây dựng được biểu đồ năng lượng được thu hồi dựa 4 trên các thông số đầu vào được các thiết bị thu tín hiệu thực nghiệm thu thập được khi xe vận hành trên đường. Thông qua các nội dung nghiên cứu, tính mới của đồ án tốt nghiệp được tổng hợp và thể hiện trong từng chương của đồ án tốt nghiệp với những điểm nổi bật sau: − Đã tính toán, thiết kế được hệ thống thu hồi năng lượng sử dụng turbine gió cho mô hình thực nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả của hệ thống.
− Đã xây dựng được mô hình tính toán của hệ thống thu hồi năng lượng, sự ảnh hưởng giữa tốc độ gió, tốc độ của xe khi di chuyển và góc đón gió vào cánh turbine. − Đã thực nghiệm thành công các thí nghiệm trên xe để tính toán được năng lượng thu hồi được, công suất, điện áp thu hồi được khi trang bị thêm hệ thống thu hồi năng lượng sử dụng turbine gió. − Tỷ lệ giảm tiêu hao năng lượng pin của xe để cung cấp cho các thiết bị phụ tải như: còi, màn hình taplo, đèn phanh, đèn xi – nhan, khi được trang bị thêm hệ thống thu hồi năng lượng sử dụng turbine gió trên xe sau khi tính toán tối ưu có thể cải thiện từ 26,46% - 36,25% năng lượng điện dùng cho các chế độ phụ tải. − Ngoài ra, những kết quả nghiên cứu và mô hình thực nghiệm của đồ án tốt nghiệp cũng góp phần tăng nguồn tài liệu tham khảo cho các sinh viên với mục đính nghiên cứu và ứng dụng hệ thống thu hồi năng lượng sử dụng turbine gió trên ô tô điện.
Giúp giảm tiêu hao năng lượng pin và giảm phụ thuộc quá nhiều vào nguồn điện sạc, tăng thêm quãng đường di chuyển của xe. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN GIÓ 2. Lịch sử phát triển năng lượng gió 2. Quá trình hình thành năng lượng gió Bức xạ mặt trời chiếu xuống bề mặt đất không đồng đều lầm cho bầu không khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau.