Đề thi cuối kỳ môn Năng lượng tái tạo - Năm học 2014-2015

ĐỀ THI (cuối học kỳ)
Ký tên
Môn thi: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
Ngày thi: 11/12/2014
Thời gian thi: 90 phút
(Sinh viên được phép sử dụng tài liệu riêng của mình)
Họ & tên SV:	MSSV:	
I. PHẦN BẮT BUỘC (Sinh viên phải làm cả bài 1 và bài 2 của phần này)
Bài 1. Ở một địa điểm được khảo sát, người ta đo được phân bố vận tốc gió như trong bảng, tại độ cao 10 m. Người ta dự kiến sẽ đặt một tuabin gió trục ngang với độ cao tâm trục là 50 m. Giả sử hệ số ma sát của bề mặt khu vực lắp đặt là a = 0,18, và khối lượng riêng của không khí tại độ cao tâm trục là 1,22 kg/m3.
v10 (m/s)
v50 (m/s)
Hours
(v50)3
v50*Hours
Pwind
Ewind
Pelec
Eelec
0
24
1
90
2
140
3
365
4
640
5
877
6
1110
7
1230
8
1220
9
976
10
720
11
470
12
330
13
220
14
145
15
100
16
45
17
30
18
12
19
7
20
5
21
2
22
1
23
1
24
0
Tính vận tốc gió trung bình (thống kê) và công suất gió trên đơn vị diện tích trung bình (thống kê) tại độ cao tâm trục.	(1 đ)
Tính mật độ năng lượng gió (trên đơn vị diện tích) sẽ nhận được mỗi năm.	(1 đ)
Nếu sử dụng một tuabin gió trục ngang có đường kính rôto là 55,6 m, hiệu suất chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng là 30%, vận tốc gió vào là 5 m/s, vận tốc định mức là 15 m/s, và vận tốc cắt thoát là 25 m/s. Tính công suất định mức của máy phát điện và tổng thời gian mà tuabin gió này phát điện ở công suất định mức trong 1 năm. Biết rằng vận tốc gió được phân bố như trên.	(1 đ)
Tính tổng điện năng mà tuabin sản xuất ra trong 1 năm, và hệ số sử dụng (CF) tương ứng.	 (1 đ)
Chú ý: Sinh viên làm thẳng vào bảng số liệu trên, chú ý ghi đơn vị cho các cột số liệu, và nộp kèm đề thi với bài làm.
Bài 2. Khảo sát một hệ thống phát điện mặt trời (Hình 1) gồm: i/ 2 tấm pin mặt trời (solar panel) #1 và #2 (mắc nối tiếp) ii/ 2 bình acqui (mắc nối tiếp) và iii/ tải là hệ thống chiếu sáng đèn LED.
Phần A 
Các đặc tính I(V) của 2 tấm pin mặt trời #1 và #2 là không giống nhau hoàn toàn, được cho tương ứng trên Hình 2, trong điều kiện bức xạ mặt trời là 1-sun (1000 W/m2).
Hình 1
Điều kiện bức xạ 1-sun (1000 W/m2) 
 I (amps)
6
5
#1
4
#2
3
2
1
Hình 2
-20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 
 V (Volts)
 Hình 
Vẽ đặc tính I(V) của hệ thống gồm 2 tấm pin mặt trời #1 và #2, trong điều kiện làm việc nói trên?	(1 đ)
Nếu đầu ra của hệ thống với 2 tấm pin mặt trời bị ngắn mạch, giải thích hiện tượng gì sẽ xảy ra? Công suất tiêu tán trên tấm pin #2?	(1 đ)
Phần B 
Thay tấm pin #2 bằng tấm pin #2’ có đặc tính I(V) hoàn toàn giống của tấm pin #1. 
- Vào ban ngày, hệ thống pin mặt trời gồm 2 tấm pin #1 và # 2’ nạp (sạc) đầy năng lượng cho 2 x bình acqui acid-chì loại xả sâu (deep-discharge lead-acid batteries) với dung lượng (12 Ah ở điện áp 12 V)/bình acqui. 
- 	Vào buổi tối, 2 bình acqui này cấp điện cho hệ thống đèn chiếu sáng LED làm việc ở điều kiện định mức tiêu thụ 3 A ở điện áp 24 V. Cho biết hiệu suất Coulomb của bình acqui là 90% và mức xả sâu (depth of discharge) tối đa là đến 80%.
Bỏ qua các ảnh hưởng lên hoạt động của bình acqui do: nhiệt độ môi trường, tốc độ xả điện,  đến điện lượng tích trữ được khi sạc đầy.
Điện áp hở mạch của bình acqui khi gần xả hết là VB= 11,5 V (giả sử điện áp này không thay đổi nhiều trong suốt quá trình sạc điện), điện trở trong RB= 0,25 W. Tính điện áp và dòng điện mà hệ thống PV gồm 2 tấm pin #1 và # 2’ nạp cho 2 bình acqui?	(1 đ)
Tính số giờ mà hệ thống chiếu sáng trên có thể làm việc vào mỗi buổi tối, giả sử khi vào ban ngày 2 bình acqui đều đã được sạc đầy?	(1 đ)
II. PHẦN TỰ CHỌN (Sinh viên chọn bài 3 hoặc bài 4 của phần này)
Bài 3. Giả sử một bộ pin nhiên liệu 2 MW có điểm làm việc của mỗi cell là 0,6 V và 0,4 A/cm2.
Cần tổng diện tích cell bằng bao nhiêu?	(1 đ)
Nếu mỗi cell có diện tích 1 m2 và có 280 cell trên mỗi dãy, sẽ cần bao nhiêu dãy để tạo ra bộ pin 2 MW này?	(1 đ)
Bài 4. Một dòng suối cung cấp nước cho một máy phát thủy điện nhỏ với lưu lượng 756 lít/phút qua một ống dẫn nước PVC dài 2400 m với đường kính Ф7,6 cm đến một turbine nằm thấp dưới 30 m so với dòng suối.
Cho rằng hệ thống turbine+máy phát có hiệu suất 40%, tính công suất điện của hệ thống.	(1 đ)
Năng lượng điện sản xuất trong một tháng 30 ngày?	(1 đ)
Chú ý:
 - Lưu lượng nước trên trục ngang [0-400] được cho theo gallons/phút, cần nhân cho 3,78 lít để có lưu lượng nước tính bằng lít/phút 
- Tổn thất cột áp trên trục đứng [0-24] được cho theo feet ứng với mỗi 100 feet ống dẫn, và cần nhân cho 0,3 m để có tổn thất cột áp tính bằng m, ứng với mỗi 30 mét ống dẫn.
HẾT