nhockid
14-06-2009, 00:13
MỘT SỐ KẾT QỦA THỬ NGHIỆM BƯỚC ĐẦU
VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ NỐI LƯỚI AIRDOLPHIN
Đặng Đình Thống, Trịnh Xuân Giáp
Trung tâm NC năng lượng mới, ĐH Bách Khoa Hà nội
I- Các đặc điểm của hệ thống phát điện gió Airdolphin Mark-Zero
Trong khuôn khổ chương trình hợp tác đào tạo về “năng lượng gió và ứng dụng”, Công Ty WAT đã cung cấp cho Trung tâm nghiên cứu năng lượng mới, Trường Đại học Bách khoa Hà nội một hệ thiết bị điện gió nối lưới gồm tua bin gió và máy phát điện gió Airdolphin Mark-Zero, công suất 1000W, bộ ắc qui, bộ biến đổi điện, thiết bị đo tốc độ và hướng gió, công suất phát,… và phầm mềm ghi và xử lý số liệu đo. Bảng 1 cho các thông số chính của máy điện gió Airdolphin.
http://i619.photobucket.com/albums/tt277/webdien/HeGionoiluoi-newest21.jpg
Hệ thống điều khiển (được lắp vào trong vỏ máy phát) gồm có các thành phần: 1- Điều khiển chế độ phát điện, 2- điều khiển chế độ làm việc giảm tốc độ “stall mode”, 3- thiết bị an toàn, 4- điều khiển nạp ắc qui và 5- hệ ghi và truyền số liệu.
Đường đặc trưng phát điện của máy phát Airdolphin được cho trong hình 1.
Như thấy trong hình 1, máy phát điện có thể hoạt động theo 2 chế độ, được gọi là chế độ “bình thường” (Normal mode) và chế độ “giảm tốc độ (stall mode), đặc điểm của các chế độ được cho trong bảng 2.
http://i619.photobucket.com/albums/tt277/webdien/HeGionoiluoi-newest22.jpg
Bộ biến đổi điện (Inverter) Windy Boy do hãng SMA, Germany, sản xuất. Máy vừa có thể chuyển đổi điện từ máy phát điện gió hay từ bộ ắc qui có hiệu điện thế V1= 23-26 VDC thành điện có hiệu điện thế xoay chiều V2 = 230VAC, 50 Hz để tải lên lưới điện nhờ một thiết bị đồng bộ lắp ngay trong máy, vừa có thể nắn điện lưới 220-230 VAC, 50Hz thành điện 24-26VDC để nạp điện cho bộ ắc qui. Hiệu suất biến đổi của máy đạt 95%. Bộ ắc qui gồm 2 ăc qui gồm 2 bình ắc qui khô 12V- 95Ah do hãng Hoppecke, CHLB Đức sản xuất.
http://i619.photobucket.com/albums/tt277/webdien/HeGionoiluoi-newest23.jpg
Trong thí nghiệm này máy được lắp ở độ cao 13m so với mặt đất trong khuôn viên của Trung tâm NC năng lượng mới, Trường ĐHBK Hà nội, xung quan có các nhà cao tầng và cây cối cao nên chế độ gió không được tốt. Máy được lắp hoàn chỉnh từ tháng 3/2008 và được kiểm tra, nghiên cứu thử nghiệm cho đến 10/6 /2008 trong khuôn khổ một luận văn tốt nghiệp ngành Vật lý kỹ thuật của Trường ĐHBKHN.
II- Nghiên cứu thử nghiệm và một vài kết qủa bước đầu
Các nội dung nghiên cứu thử nghiệm chính gồm có :
1. Tính toán hiệu suất máy phát điện phụ thuộc tốc độ gió ;
2. Xác định bằng thực nghiệm hiệu suất thực tế của hệ thống phụ thuộc tốc đọ gió ;
3. Từ kết quả 1, 2 và số liệu về năng lượng gió của các trạm khí tượng thuỷ văn ước tính khả năng phát điện lên lưới của hệ máy Airdolphin trong các tháng trong năm của 3 địa phương là Hà nội, Đảo Bạch Long Vĩ và khu vực Đảo Trường Sa ở các độ cao 13m và 50m.
2.1- Tính toán hiệu suất máy phát điện gió phụ thuộc tốc độ gió
Theo lý thuyết năng lượng gió, công suất tính bằng kW của một máy phát điện gió được xác định theo công thức (1) sau :
http://i619.photobucket.com/albums/tt277/webdien/HeGionoiluoi-newest24.jpg
Cần lưu ý rằng máy Airdolphin-1000 được thiết kế với vận tốc gió 12,5 m/s. Ứng với vận tốc gió đó hiệu suất máy phát là 32,8%. Tuy nhiên hiệu suất cực đại của máy phát điện gió này lại ở vận tốc gió khoảng 6 m/s (ŋ = 50%).
Như ta thấy trong hình 2, trong một hệ thống điện gió nối lưới, ngoài máy phát còn có các thành phần khác cũng gây ra hao phí điện năng. Đó là hao phí trên Bộ biến đổi điện và thiết bị đồng bộ, trên bộ ắc qui, trên dây nối và ảnh hưởng của các vật cản đến chế độ gió. Vì vậy nếu gọi ŋ là hiệu suất của cả hệ thống thì có thể biểu diễn nó qua các hao phí thành phần bởi biểu thức dưới đây:
http://i619.photobucket.com/albums/tt277/webdien/HeGionoiluoi-newest25a.jpg
2.2- Kết quả nghiên cứu khảo sát
2.2.1- Quá trình đo đạc và theo dõi các thông số gió – điện
Sơ đồ hệ thống đo vận tốc và hướng gió được cho trên hình 3.
http://i619.photobucket.com/albums/tt277/webdien/HeGionoiluoi-newest25b.jpg
Việc đo đạc và theo dõi được thực hiện liên tục trong khoảng thời gian 1 tháng. Kết qủa một số phép đo như sau.
a- Vận tốc gió
Sử dụng bộ đo gió của hãng DAVIS, Mĩ, theo dõi ghi nhận các thông số vận tốc gió 1 phút/lần, ghi nhận liên tục trong các thời điểm khác nhau và trong các ngày khác nhau. Kết quả đo được minh hoạ trên các hình 4 và 5.Như đã thấy trên sơ đồ, trong các ngày đo 3 và 4 tháng 5/2008 khoảng thời gian có gió tốt nhất là 8-9 giờ sáng, tốc độ gió cao nhất đạt 4 m/s. Vận tốc trung bình ngày của ngày 4/5 khoảng 2,5m/s, còn ngày 3/5 khoảng 2m/s.
http://i619.photobucket.com/albums/tt277/webdien/HeGionoiluoi-newest26.jpg
VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ NỐI LƯỚI AIRDOLPHIN
Đặng Đình Thống, Trịnh Xuân Giáp
Trung tâm NC năng lượng mới, ĐH Bách Khoa Hà nội
I- Các đặc điểm của hệ thống phát điện gió Airdolphin Mark-Zero
Trong khuôn khổ chương trình hợp tác đào tạo về “năng lượng gió và ứng dụng”, Công Ty WAT đã cung cấp cho Trung tâm nghiên cứu năng lượng mới, Trường Đại học Bách khoa Hà nội một hệ thiết bị điện gió nối lưới gồm tua bin gió và máy phát điện gió Airdolphin Mark-Zero, công suất 1000W, bộ ắc qui, bộ biến đổi điện, thiết bị đo tốc độ và hướng gió, công suất phát,… và phầm mềm ghi và xử lý số liệu đo. Bảng 1 cho các thông số chính của máy điện gió Airdolphin.
http://i619.photobucket.com/albums/tt277/webdien/HeGionoiluoi-newest21.jpg
Hệ thống điều khiển (được lắp vào trong vỏ máy phát) gồm có các thành phần: 1- Điều khiển chế độ phát điện, 2- điều khiển chế độ làm việc giảm tốc độ “stall mode”, 3- thiết bị an toàn, 4- điều khiển nạp ắc qui và 5- hệ ghi và truyền số liệu.
Đường đặc trưng phát điện của máy phát Airdolphin được cho trong hình 1.
Như thấy trong hình 1, máy phát điện có thể hoạt động theo 2 chế độ, được gọi là chế độ “bình thường” (Normal mode) và chế độ “giảm tốc độ (stall mode), đặc điểm của các chế độ được cho trong bảng 2.
http://i619.photobucket.com/albums/tt277/webdien/HeGionoiluoi-newest22.jpg
Bộ biến đổi điện (Inverter) Windy Boy do hãng SMA, Germany, sản xuất. Máy vừa có thể chuyển đổi điện từ máy phát điện gió hay từ bộ ắc qui có hiệu điện thế V1= 23-26 VDC thành điện có hiệu điện thế xoay chiều V2 = 230VAC, 50 Hz để tải lên lưới điện nhờ một thiết bị đồng bộ lắp ngay trong máy, vừa có thể nắn điện lưới 220-230 VAC, 50Hz thành điện 24-26VDC để nạp điện cho bộ ắc qui. Hiệu suất biến đổi của máy đạt 95%. Bộ ắc qui gồm 2 ăc qui gồm 2 bình ắc qui khô 12V- 95Ah do hãng Hoppecke, CHLB Đức sản xuất.
http://i619.photobucket.com/albums/tt277/webdien/HeGionoiluoi-newest23.jpg
Trong thí nghiệm này máy được lắp ở độ cao 13m so với mặt đất trong khuôn viên của Trung tâm NC năng lượng mới, Trường ĐHBK Hà nội, xung quan có các nhà cao tầng và cây cối cao nên chế độ gió không được tốt. Máy được lắp hoàn chỉnh từ tháng 3/2008 và được kiểm tra, nghiên cứu thử nghiệm cho đến 10/6 /2008 trong khuôn khổ một luận văn tốt nghiệp ngành Vật lý kỹ thuật của Trường ĐHBKHN.
II- Nghiên cứu thử nghiệm và một vài kết qủa bước đầu
Các nội dung nghiên cứu thử nghiệm chính gồm có :
1. Tính toán hiệu suất máy phát điện phụ thuộc tốc độ gió ;
2. Xác định bằng thực nghiệm hiệu suất thực tế của hệ thống phụ thuộc tốc đọ gió ;
3. Từ kết quả 1, 2 và số liệu về năng lượng gió của các trạm khí tượng thuỷ văn ước tính khả năng phát điện lên lưới của hệ máy Airdolphin trong các tháng trong năm của 3 địa phương là Hà nội, Đảo Bạch Long Vĩ và khu vực Đảo Trường Sa ở các độ cao 13m và 50m.
2.1- Tính toán hiệu suất máy phát điện gió phụ thuộc tốc độ gió
Theo lý thuyết năng lượng gió, công suất tính bằng kW của một máy phát điện gió được xác định theo công thức (1) sau :
http://i619.photobucket.com/albums/tt277/webdien/HeGionoiluoi-newest24.jpg
Cần lưu ý rằng máy Airdolphin-1000 được thiết kế với vận tốc gió 12,5 m/s. Ứng với vận tốc gió đó hiệu suất máy phát là 32,8%. Tuy nhiên hiệu suất cực đại của máy phát điện gió này lại ở vận tốc gió khoảng 6 m/s (ŋ = 50%).
Như ta thấy trong hình 2, trong một hệ thống điện gió nối lưới, ngoài máy phát còn có các thành phần khác cũng gây ra hao phí điện năng. Đó là hao phí trên Bộ biến đổi điện và thiết bị đồng bộ, trên bộ ắc qui, trên dây nối và ảnh hưởng của các vật cản đến chế độ gió. Vì vậy nếu gọi ŋ là hiệu suất của cả hệ thống thì có thể biểu diễn nó qua các hao phí thành phần bởi biểu thức dưới đây:
http://i619.photobucket.com/albums/tt277/webdien/HeGionoiluoi-newest25a.jpg
2.2- Kết quả nghiên cứu khảo sát
2.2.1- Quá trình đo đạc và theo dõi các thông số gió – điện
Sơ đồ hệ thống đo vận tốc và hướng gió được cho trên hình 3.
http://i619.photobucket.com/albums/tt277/webdien/HeGionoiluoi-newest25b.jpg
Việc đo đạc và theo dõi được thực hiện liên tục trong khoảng thời gian 1 tháng. Kết qủa một số phép đo như sau.
a- Vận tốc gió
Sử dụng bộ đo gió của hãng DAVIS, Mĩ, theo dõi ghi nhận các thông số vận tốc gió 1 phút/lần, ghi nhận liên tục trong các thời điểm khác nhau và trong các ngày khác nhau. Kết quả đo được minh hoạ trên các hình 4 và 5.Như đã thấy trên sơ đồ, trong các ngày đo 3 và 4 tháng 5/2008 khoảng thời gian có gió tốt nhất là 8-9 giờ sáng, tốc độ gió cao nhất đạt 4 m/s. Vận tốc trung bình ngày của ngày 4/5 khoảng 2,5m/s, còn ngày 3/5 khoảng 2m/s.
http://i619.photobucket.com/albums/tt277/webdien/HeGionoiluoi-newest26.jpg