Đề thi học kỳ hè môn Năng lượng tái tạo - Năm học 2014-2015 (Có đáp án)

ĐỀ THI HỌC KỲ HÈ, NĂM HỌC 2014-2015. Ngày thi: 27/8/2015.
MÔN THI: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO. Thời gian: 90 phút.
Sinh viên được phép sử dụng tài liệu riêng.
Cho tấm pin mặt trời loại 60 tế bào (loại polycrystalline) ghép nối tiếp, có các thông số ở STC (1kW/m2, 25oC, AM1,5) như sau: 
Công suất cực đại (Pmax)	240 W	Hệ số nhiệt của Isc	 0,053%/oC
Điện áp ở Pmax (Vmpp)	29,3 V	Hệ số nhiệt của Voc	 - 0,36%/ oC
Dòng điện ở Pmax (Impp)	8,19 A	Hệ số nhiệt của Pmax	- 0,485%/ oC
Dòng điện ngắn mạch (Isc)	8,75 A	NOCT	47,5 °C
Điện áp hở mạch (Voc)	37,5 V	Diện tích	1,63m2 
Tấm pin được lắp đặt song song với mặt đất, ở nơi có số giờ nắng đỉnh là 5 giờ/ngày, nhiệt độ ngoài trời 27oC, lúc giữa trưa độ rọi là 1-Sun (1kW/m2), phổ mặt trời AM1,5:
Tính công suất cực đại và điện năng (kWh) mà tấm pin có thể phát trong một ngày? 	(1 đ)
Tính dung lượng acquy 12V loại deep-cycle để tích trữ vừa đủ điện năng của tấm pin trong một ngày? Biết hiệu suất năng lượng của acquy là 75%, của bộ sạc là 95%.	(1 đ)
Tính số lượng tấm pin và diện tích cần lắp đặt cho hệ điện mặt trời để cung cấp 1MW hòa lưới vào thời điểm giữa trưa? Biết hiệu suất bộ nghịch lưu hòa lưới là 92%.	(1 đ)
Trên mặt biển tĩnh lặng ở Bạc Liêu, khi khảo sát năng lượng gió ở độ cao 65m so với mặt đất, tốc độ gió trung bình là 6,8m/s, phân bố theo hàm Reyleigh. Tại vị trí này lắp đặt một turbine gió (GE 1,6-82,5) có công suất máy phát điện 1,6MW, đường kính cánh quạt 82,5m, lắp đặt ở độ cao 90m so với mặt biển. Khi nhiệt độ môi trường là 27oC: 
Tính tốc độ gió trung bình và công suất đón gió trung bình của turbine?	 (1 đ)
Biết turbine đạt công suất định mức ở tốc độ gió 11,5m/s, tính hiệu suất biến đổi gió – điện ở định mức?	(1 đ)
Ước tính hệ số khả năng CF?	(1 đ)
Tại vị trí này lắp đặt 64 turbine gió (GE 1,6-82,5), bố trí dạng lưới vuông, khoảng cách giữa các turbine là 550m. Tính sản lượng điện năng 64 turbine cấp cho lưới điện mỗi năm?	(1 đ)
Ở điều kiện tiêu chuẩn (STP: 1 atm, 25°C), pin nhiên liệu PEMFC dùng nhiên liệu hydro (H2) phản ứng với oxi tạo ra nước ở thể lỏng. Giả sử 95% khí hydro được chuyển đổi giải phóng electron. 
Một bộ pin nhiên liệu (gồm 24 tế bào ghép nối tiếp) tiêu thụ 100 lit hydro trong một giờ:
Tính điện năng (kWh) lý thuyết tạo ra trong một giờ?	(1 đ)
Tính dòng điện, công suất và điện áp lý thuyết của bộ pin?	(1 đ)
Tính điện áp và công suất thực của bộ pin? Biết hiệu suất thực của bộ pin bằng 60% hiệu suất lý thuyết.	(1 đ)
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
	Chủ nghiệm	 .
	Bộ môn Thiết Bị Điện	Người ra đề
	Trần Công Binh
 Đáp án:
Ket qua _______________________
a) Tcell_a = 60.500000 [oC]
a) Voc_a = 33.462120 [V]
a) Isc_a = 8.969505 [A]
a) Pm_a = 205.625000 [W]
b) Eb_1ngay = 1.028125 [kWh/ngay]
c) n_c = 5509.898015 [pin]
==> chon 5510.000000 [tam pin]
d) Ed_system = 5.263255 [MWh/ngay]
Kieu My: alfa=0.1: Smooth hard ground, calm water__________
a) Vavg_85 = 6.882169 [m/s]
b) ro = 1.151461 [kg/m3]
c) Pavg = 1.669045 [MW]
d) CF = 0.345755 
d) E = 4.543220 [GWh]
a) HHV = 726.400000 [kJ/mol] = 22700.000000 [kJ/kg]
a) Eff_max = 0.966565 [%]
b) Pmax = 6.097222 [kW]
c) Wer = 3.658333 [kWh/kg]
% Lop NLTT 2015_KCQ, thi HK2
% Cau 1
% Matlab tinh goc theo rad!
clc
clear all
do_rad=pi/180
rad_do=180/pi
Tamb= 28 % nhiet do moi truong, oC
Sab = 1 % sun
% PV panel
ncell=60 % cells
A=1.7 % m2
Pm=250 % W
Vm=30.5 % V
Im=8.27 % A
Voc=37.6 % V
Isc=8.81 % A
NOCT=46 % oC
TCIsc= 0.051 % %
TCVoc=-0.310 % %
TCPm =-0.500 % %
hd = 5 % 5 gio nang dinh /ngay
Scd = 0.95 % Cuong do nang 0.95sun=950W/m2
Pgrid=2e6 % 2MW
Psolar=0.5*Pgrid
HS = 0.92 % Hieu suat chuyen doi
disp('Cau a_________________')
Tcell=Tamb+(NOCT-20)/0.8*Sab
Voc_a=Voc*(1+TCVoc/100*(Tcell-25))
Isc_a=Isc*(1+TCIsc/100*(Tcell-25))
Pm_a=Pm*(1+TCPm/100*(Tcell-25))
disp('Cau b_________________')
Eb_1panel=Pm_a*hd
disp('Cau c_________________')
disp('Bo qua thay doi nhiet do tren tam pin khi Scd=0.95*Sab!')
Pc_1panel=Pm_a*Scd*HS % COng suat dinh giua trua
disp('KHONG bo qua thay doi nhiet do tren tam pin khi Scd=0.95*Sab!')
Tcell_c=Tamb+(NOCT-20)/0.8*Scd
Pm_c=Pm*(1+TCPm/100*(Tcell_c-25))
Pc_1panel=Pm_c*Scd*HS % COng suat dinh giua trua
n_c=Psolar / Pc_1panel
n_c1=ceil(n_c)
disp('Cau d_________________')
%Ed_1panel=Pm_a*hd
Ed_1panel=Pm_c*hd
Ed_1panel=Ed_1panel*HS
Ed_system= Ed_1panel* n_c1
disp('Ket qua _______________________')
TEXT = sprintf('a) Tcell_a = %f [oC]', Tcell); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Voc_a = %f [V]', Voc_a); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Isc_a = %f [A]', Isc_a); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Pm_a = %f [W]', Pm_a); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) Eb_1ngay = %f [kWh/ngay]', Eb_1panel/1000); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) n_c = %f [pin]==> chon %f [tam pin]', n_c, n_c1); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) Ed_system = %f [MWh/ngay]', Ed_system/1e6); disp(TEXT)
% Lop NLTT 2014-KCQ
% Cau 2_NL Gio
% Matlab tinh goc theo rad!
clc
clear all
H=15 % Cao do mat bang lap dat 15m
H0=65 % Cao do khao sat
Vavg_65=6.7 % [m/s]
H1=85 % Cao do lap dat
D=77 % Duong kinh
Pr=1.5e6 % 1.5MW
Tabm=30 % [oC]
R=8.2056e-5 % [m3.atm/(K.mol)]
T=273+Tabm % [oK]
MW=28.97 % air=28.97g/mol
Po=1 % atm
disp('Kieu My ____________________________')
% Cau a
alfa1=0.1 % Mat dat bang phang
Vavg_85 = Vavg_65*(H1/H0)^alfa1
% Cau b
% Cach 1-------------------
P=Po*exp(-1.185e-4*(H+H1))
ro=P*MW*1e-3/R/T
% Cach 2-------------------
%KT=0.95 % Nhiet do 30oC
%KA=(1+0.977)/2 % Do cao 15+85 = 100m
%ro=1.225*KT*KA
% Cau c
A=pi*D^2/4
Pavg=6/pi*1/2*ro*A*Vavg_85^3
% Cau d
CF=0.087*Vavg_85-(Pr/1000)/(D^2)
E=Pr*CF*8760
disp('Ket qua ________________')
disp('Kieu My: alfa=0.1: Smooth hard ground, calm water__________')
TEXT = sprintf('a) Vavg_85 = %f [m/s]', Vavg_85); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) ro = %f [kg/m3]', ro); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) Pavg = %f [MW]', Pavg/1e6); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) CF = %f ', CF); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) E = %f [GWh]', E/1e9); disp(TEXT)
% Lop NLTT 2014-KCQ, thi HK
% Cau 3_Fuel cell
% Matlab tinh goc theo rad!
clc
clear all
T=273+25 %[oK]
disp('___________________ Cau a')
%CH3OH + 3/2*O2 -> CO2 + 2H2O (long)
%-238.7 3/2*0 -393.5 2*(-285.8)
delta_H = 2*(-285.8) + (-393.5) + 238.7 -3/2*0 %[kJ/mol CH3OH]
HHV_mol=abs(delta_H)
MW = 12 + 4 + 16 %[g]
HHV_kg=HHV_mol/MW*1000 %[kJ/kg]
% Cach 1----------------------
%CH3OH + 3/2*O2 -> CO2 + 2H2O (long)
%0.1268 3/2*0.205 0.213 2*0.0699
delta_S=0.1268+3/2*0.205-0.213-2*0.0699 %[kJ/mol-K]
Qmin=T*delta_S %[kJ/mol]
H=HHV_mol
Eff_max =1-Qmin/H
% Cach 2----------------------
%CH3OH + 3/2*O2 -> CO2 + 2H2O (long)
%-166.4 3/2*0 -394.4 2*(-237.2)
delta_G=-394.4+2*(-237.2) + 166.4 - 3/2*0 %[kJ/mol]
We=H-Qmin %[kJ/mol]
We=abs(delta_G) %[kJ/mol]
Eff_max2=We/H
disp('___________________ Cau b')
P_max=We*1000/MW*1/3600 %[kW]
disp('___________________ Cau c')
% Cach 1----------------------
We_c = 0.6 * We %[kJ/mol]
Wer = We_c/3600*1000/MW %[kWh/kg]
% Cach 2----------------------
Wer2 = 0.6 * P_max * 1 %[kWh/kg]
disp('Ket qua ___________________')
TEXT = sprintf('a) HHV = %f [kJ/mol] = %f [kJ/kg]', HHV_mol, HHV_kg); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Eff_max = %f [%%]', Eff_max); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Eff_max2 = %f [%%]', Eff_max2); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) Pmax = %f [kW]', P_max); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) Wer = %f [kWh/kg]', Wer); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) Wer2 = %f [kWh/kg]', Wer2); disp(TEXT)