Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 3: Năng lượng gió - Trần Công Binh

 Resource Atlas of SouthEast Asia 
Năng lượng tái tạo 80 
Biểu đồ gió rời rạc 
Năng lượng tái tạo 81 
Biểu đồ gió rời rạc 
Năng lượng tái tạo 82 
Biểu đồ gió rời rạc 
Năng lượng tái tạo 83 
Biểu đồ gió rời rạc 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 15 
Năng lượng tái tạo 84 
Biểu đồ gió rời rạc 
Năng lượng tái tạo 85 
Biểu đồ gió rời rạc 
Năng lượng tái tạo 86 
Các hàm mật độ xác suất năng lượng gió 
Năng lượng tái tạo 87 
Các hàm xác suất năng lượng gió 
Năng lượng tái tạo 88 
Thống kê Weibull và Rayleigh 
Năng lượng tái tạo 89 
Thống kê Weibull và Rayleigh 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 16 
Năng lượng tái tạo 90 
Thống kê Weibull và Rayleigh 
Năng lượng tái tạo 91 
Công suất gió trung bình tính theo hàm thống kê Rayleigh 
Năng lượng tái tạo 92 
Ví dụ 6.5.2: 
Ở độ cao 10m, vận tốc gió trung bình là 5m/s. Bề mặt ruộng lúa. 
Cách quạt dài 5m. 
Cao trình = 500+(3 số cuối MSSV). 
Độ cao trụ tháp = 50+(2 số cuối MSSV)/2. 
Nhiệt độ = (2 số cuối MSSV)/3. 
Số cuối cùng MSSV: 
 _ Lẻ - kiểu Mỹ, 
 _ Chẳn - kiểu Châu Âu. 
Tính vận tốc gió trung bình ở độ cao lắp đặt turbine? 
Tính công suất đón gió trung bình của turbine gió? 
Tính tổng năng lượng gió trong 1 năm? 
Tính sản lượng điện năng nhận trong 1 năm? Biết hiệu suất biến 
đổi gió – điện là 30%. 
Công suất gió trung bình tính theo hàm thống kê Rayleigh 
Năng lượng tái tạo 93 
Công suất gió trung bình tính theo hàm thống kê Rayleigh 
Năng lượng tái tạo 94 
Các tiêu chuẩn năng lượng gió 
Năng lượng tái tạo 95 
Các tiêu chuẩn năng lượng gió 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 17 
Năng lượng tái tạo 96 
Các tiêu chuẩn năng lượng gió 
Năng lượng tái tạo 97 
Các tiêu chuẩn năng lượng gió 
Năng lượng tái tạo 98 
Wind Resource Atlas of SouthEast Asia 
Năng lượng tái tạo 99 
9. Ước lượng năng lượng của turbin gió 
WP
 Power in 
the Wind 
 Power 
Extracted 
by Blades 
 Power to 
Electricity 
 Rotor Gearbox & 
Generator 
BP E
P
Năng lượng tái tạo 100 
Tính năng lượng hàng năm theo năng suất trung bình 
của turbin gió 
Ví dụ 6.11: Xác định năng lượng điện nhận được hàng năm của một 
hệ thống điện gió: 
Khảo sát hệ thống điện gió NEG 750/48 (máy phát công suất 750kW, 
cánh quạt có đường kính 48m) với turbine được gắn trên tháp cao 
50m, trong vùng có vận tốc gió trung bình ở độ cao 10m là 5m/s. Giả 
thiết mật độ không khí tiêu chuẩn, số liệu gió có phần bố Reyleigh, 
mặt đất bằng phẳng đạt cấp độ 1 (class 1), hiệu suất toàn cục của hệ 
thống gió-điện là 30%. 
a) Tính công suất gió trung bình Pwind? 
b) Tính công suất phát điện trung bình Pelec? 
c) Ước tính sản lượng điện năng hàng năm Welec (kWh/năm)? 
d) Tính tỷ lệ công suất trung bình so với công suất định mức (CF)? 
e) So sánh sản lượng điện turbine gió với nhà máy nhiệt điện? 
Năng lượng tái tạo 101 
Trang trại gió 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 18 
Năng lượng tái tạo 102 
Trang trại gió 
Năng lượng tái tạo 103 
Trang trại gió 
Năng lượng tái tạo 104 
Trang trại gió 
c) Giá thuê đất 5 triệu/1000m2/năm. Giá bán điện gió 2000đ/kWh. 
Với 4 turbine, nên chọn khoảng cách 4D x 4D hay 8D x 8D? 
Năng lượng tái tạo 105 
Trang trại gió 
Năng lượng tái tạo 106 
10. Tính toán theo các đặc tính vận hành của turbin gió 
Năng lượng tái tạo 107 
Các thông số khí động lực học 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 19 
Năng lượng tái tạo 108 
Đặc tính công suất của máy phát điện gió lý tưởng 
Năng lượng tái tạo 109 
Đặc tính công suất của máy phát điện gió lý tưởng 
Năng lượng tái tạo 110 
Tối ưu đường kính cánh quạt và công suất định 
mức của máy phát 
a) Cùng công suất máy phát điện, nếu tăng Đường kính cánh quạt thì VR sẽ giảm. 
b) Cùng đường kính cánh quạt, nếu tăng Công suất máy phát điện thì VR sẽ tăng. 
Năng lượng tái tạo 111 
Khảo sát đặc tính công suất thực theo phân bố Weibull 
Năng lượng tái tạo 112 
Khảo sát đặc tính công suất thực theo phân bố Weibull 
Năng lượng tái tạo 113 
Khảo sát đặc tính công suất thực theo phân bố Weibull 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 20 
Năng lượng tái tạo 114 
Khảo sát đặc tính công suất thực theo phân bố Weibull 
Năng lượng tái tạo 115 
Khảo sát đặc tính công suất thực theo phân bố Weibull 
Năng lượng tái tạo 116 
Hàm phân bố vận tốc gió 
Năng lượng tái tạo 117 
Hàm phân bố tích lũy vận tốc gió 
Năng lượng tái tạo 118 
Hàm phân bố tích lũy vận tốc gió 
Năng lượng tái tạo 119 
Hàm phân bố tích lũy vận tốc gió 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 21 
Năng lượng tái tạo 120 
Hàm phân bố tích lũy vận tốc gió 
Năng lượng tái tạo 121 
Hàm phân bố tích lũy vận tốc gió 
(VR < vận tốc gió < VF) 
Năng lượng tái tạo 122 
Khảo sát đặc tính công suất thực theo phân bố Weibull 
Năng lượng tái tạo 123 
Khảo sát đặc tính công suất thực theo phân bố Weibull 
Năng lượng tái tạo 124 
Khảo sát đặc tính công suất thực theo phân bố Weibull 
Năng lượng tái tạo 125 
Khảo sát đặc tính công suất thực theo phân bố Weibull 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 22 
Năng lượng tái tạo 126 Năng lượng tái tạo 127 
Khảo sát đặc tính công suất thực theo phân bố Weibull 
Năng lượng tái tạo 128 
Khảo sát đặc tính công suất thực theo phân bố Weibull 
Năng lượng tái tạo 129 
Khảo sát đặc tính công suất thực theo phân bố Weibull 
Năng lượng tái tạo 130 
Khảo sát đặc tính công suất thực theo phân bố Weibull 
Năng lượng tái tạo 131 
Sử dụng hệ số khả năng CF (Capacity Factor, hệ số sử 
dụng) để ước lượng năng lượng máy phát điện gió 
𝐶𝐹 =
𝑃𝑎𝑣𝑔 (đ𝑖ệ𝑛)
𝑃đ𝑚 (𝑚á𝑦 𝑝ℎá𝑡 đ𝑖ệ𝑛)
 =
𝑷𝑎𝑣𝑔 (𝑔𝑖ó).(𝑔𝑖ó−đ𝑖ệ𝑛)
𝑷đ𝑚 (𝑚á𝑦 𝑝ℎá𝑡 đ𝑖ệ𝑛)
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 23 
Năng lượng tái tạo 132 
Sử dụng hệ số khả năng CF (Capacity Factor) để ước lượng 
năng lượng máy phát điện gió 
Hình 6.38: Hệ số khả năng CF của turbine gió NEGMicon 1000/60, ứng với 
các giá trị vận tốc gió trung bình khác nhau, và có phân bố gió Rayleigh. 
Năng lượng tái tạo 133 
Sử dụng hệ số khả năng CF (Capacity Factor) để ước lượng 
năng lượng máy phát điện gió 
Năng lượng tái tạo 134 
Sử dụng hệ số khả năng CF (Capacity Factor) để ước lượng 
năng lượng máy phát điện gió 
(kW) 
Năng lượng tái tạo 135 
Sử dụng hệ số khả năng CF (Capacity Factor) để ước lượng 
năng lượng máy phát điện gió 
Năng lượng tái tạo 136 
Sử dụng hệ số khả năng CF (Capacity Factor) để ước lượng 
năng lượng máy phát điện gió 
Năng lượng tái tạo 137 
Sử dụng hệ số khả năng CF (Capacity Factor) để ước lượng 
năng lượng máy phát điện gió 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 24 
Năng lượng tái tạo 138 
Tính năng lượng hàng năm theo năng suất trung bình 
của turbin gió 
Ví dụ 6.11: Xác định năng lượng điện nhận được hàng năm của một 
hệ thống điện gió: 
Khảo sát hệ thống điện gió NEG 750/48 (máy phát công suất 750kW, 
cánh quạt có đường kính 48m) với turbine được gắn trên tháp cao 
50m, trong vùng có vận tốc gió trung bình ở độ cao 10m là 5m/s. Giả 
thiết mật độ không khí tiêu chuẩn, số liệu gió phù hợp với thống kê 
Reyleigh, mặt đất bằng phẳng đạt cấp độ 1 (class 1) với hiệu suất 
toàn cục của hệ thống gió đạt 30%. 
a) Tính công suất gió trung bình Pwind? 
b) Tính công suất phát điện trung bình Pelec? 
c) Ước tính sản lượng điện năng hàng năm Welec (kWh/năm)? 
d) Tính tỷ lệ công suất trung bình so với công suất định mức (CF)? 
e) Tính lại CF theo phương trình mới thiết lập? 
Năng lượng tái tạo 139 
Sử dụng hệ số khả năng CF (Capacity Factor) để ước lượng 
năng lượng máy phát điện gió 
Turbin GE 1.6-82.5 
Power:----------------------- 
Rated power 1,600 kW 
Rated wind speed 11.5 m/s 
Cut-in wind speed 3.5 m/s 
Cut-out wind speed 25.0 m/s 
Rotor:----------------------- 
Diameter 82.5 m 
Swept area 5,345.62 m2 
Number of blades 3 
Rotor speed 16.8 rpm 
Ví dụ: 
Nhà máy gió Bạc Liêu: 
Lắp đặt ở độ cao 90m. Tốc độ 
gió trung bình: 7m/s. 
a) Tính (gần đúng) năng lượng 
điện cung cấp cung cấp cho 
lưới hàng năm? 
b) Tính công suất phát điện 
trung bình của mỗi máy? 
c) Tính hiệu suất biến đổi gió – 
điện trung bình? 
Năng lượng tái tạo 140 
Sử dụng hệ số khả năng CF (Capacity Factor) để ước lượng 
năng lượng máy phát điện gió 
Ví dụ thiết kế: 
Ở Bạc Liêu, trên biển ở độ cao 90m, nơi có tốc độ gió 
trung bình 7m/s, nhiệt độ 15oC. Thiết kế để lắp turbine 
gió có công suất định mức 1,6MW: 
a) Chọn CF và tính đường kính cách quạt? 
b) Tính (gần đúng) năng lượng điện cung cấp cung cấp 
cho lưới hàng năm? 
c) Tính tốc độ gió định mức? Biết hiệu suất biến đổi gió-
điện ở định mức là 35%. 
d) Tính lại CF theo công suất gió trung bình? Nhận xét? 
Năng lượng tái tạo 141 
11. Tính toán kinh tế máy phát điện dùng sức gió 
Năng lượng tái tạo 142 
Tính toán kinh tế máy phát điện dùng sức gió 
Năng lượng tái tạo 143 
Tính toán kinh tế máy phát điện dùng sức gió 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 25 
Năng lượng tái tạo 144 
Tính toán theo chi phí đầu tư và chi phí vốn vay phải trả 
hàng năm 
Năng lượng tái tạo 145 
Tính toán theo chi phí đầu tư và chi phí vốn vay phải 
trả hàng năm 
Năng lượng tái tạo 146 
Tính toán theo chi phí đầu tư và chi phí vốn vay phải 
trả hàng năm 
Năng lượng tái tạo 147 
Xác định chi phí hàng năm của điện năng cấp từ máy 
phát điện gió 
Năng lượng tái tạo 148 
Xác định chi phí hàng năm của điện năng cấp từ máy 
phát điện gió 
Năng lượng tái tạo 149 
Xác định chi phí hàng năm của điện năng cấp từ máy 
phát điện gió 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 26 
Năng lượng tái tạo 150 
Xác định chi phí hàng năm của điện năng cấp từ máy 
phát điện gió 
Năng lượng tái tạo 151 
12. Tác động môi trường của máy phát điện gió 
Năng lượng tái tạo 152 
Tài liệu tham khảo 
1. Gilbert M. Masters, "Renewable and Efficient 
Electric -Power Systems" -JOHN WILEY & SONS, 
2004. 
153 
TB 
Trần Công Binh 
GV ĐH Bách Khoa TP.HCM 
Phone: 0908 468 100 
Email: tcbinh@hcmut.edu.vn 
 binhtc@yahoo.com 
Website: www4.hcmut.edu.vn/~tcbinh