Đề thi học kỳ II môn Năng lượng tái tạo - Năm học 2011-2012 (Có đáp án)

ĐỀ THI HỌC KỲ 2, NĂM HỌC 2011-2012. 
MÔN THI: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO. Thời gian: 90 phút. 
Sinh viên được phép sử dụng tài liệu. Không được phép trao đổi tài liệu. 
Câu 1. Tại TP.Hồ Chí Minh (L=10o45'0'' vĩ Bắc, 106°40'0" kinh Đông), 1 tấm pin mặt trời 
loại 60 tế bào ghép nối tiếp, và có thông số như hình bên dưới, được lắp đặt song song với 
mặt đất. Vào ngày 10 tháng 6, lúc mặt trời đứng bóng, nhiệt độ môi trường là 35oC, độ rọi 
là 1-sun. 
a) Tính góc nghiêng (tilt) của tia nắng? (1 đ) 
b) Với góc nghiên trên, tính độ rọi thực lên tấm pin? (1 đ) 
c) Ứng với độ rọi vừa tính được, tính nhiệt độ, điện áp hở mạch, dòng điện ngắn mạch, 
công suất cực đại của tấm pin? (1 đ) 
d) Với điện áp hở mạch, dòng điện ngắn mạch trên, tính dòng ngược bảo hòa là I0? (1 đ) 
e) Giả sử mỗi tế bào quang điện có các điện trở RS ≈ 0mΩ, RP = 7.3Ω. Tấm pin đang cấp 
điện trực tiếp cho acquy với điện áp 24V. Tính dòng điện và công suất mà tấm pin đang 
cấp cho acquy? (1 đ) 
Câu 2. Trên cao nguyên có cao độ 2000m so với mặt biển. Khi khảo sát năng lượng gió ở độ 
cao 30m so với mặt đất, tốc độ gió trung bình là 7m/s, phân bố theo hàm Reyleigh. Tại vị 
trí này lắp đặt một turbin gió có đường kính cách quạt 60m ở độ cao 100m trên mặt đất 
bằng phẳng. Khi nhiệt độ môi trường là 35oC. 
a) Tính tốc độ gió trung bình ở độ cao 100m so với mặt đất? (1 đ) 
b) Tính tỷ trọng không khí ở vị trí đặt turbin, và công suất gió trung bình ứng với diện tích 
đón gió của turbin? (1 đ) 
c) Giả sử turbin được lắp đặt máy phát điện hòa lưới có công suất định mức bằng công 
suất gió trung bình. Biết hệ số khả năng CF=0.33. Tính điện năng cung cấp của máy 
phát gió lên lưới điện trong một năm? (1 đ) 
Câu 3. Ở điều kiện tiêu chuẩn STP, pin nhiên liệu DMFC dùng nhiên liệu methanol (CH3OH) 
phản ứng oxi hóa tạo ra CO2 và nước ở thể lỏng. 
a) Tính HHV của phản ứng theo kJ/mol và kJ/kg CH3OH? (1 đ) 
b) Tính hiệu suất cực đại của pin nhiên liệu loại này? (1 đ) 
-------------------------------------------------HẾT------------------------------------------------- 
Đáp án: 
Câu 1. 
a) delta = 23.011637 [do] 
a) btaN = 102.261637 [do] 
a) tilt = -12.261637 [do] 
b) Sb = 0.977188 [sun] 
c) Tcell = 66.758610 [oC] 
c) Voc_c = 31.452345 [V] 
c) Isc_c = 8.725479 [A] 
c) Pm_c = 194.900701 [W] 
d) Io = 14.718539 e-8 [A] 
e) I_e = 8.545062 [A] 
e) P_e = 205.081490 [W] 
Câu 2. A 
Ket qua _________________________________________________________ 
Cach 1: alfa=0.1: Smooth hard ground, calm water__________ 
a) Vavg_100 = 7.895614 [m/s] 
b) ro_2100 = 0.904398 [kg/m3] 
b) Pavg = 1201935.470155 [W] 
c) E = 3.474555 [GWh] 
b) ro_2100 = 0.898170 [kg/m3] (tính theo KT, KA) 
. 
Cach 2: z=0.0002: Water surface___________________________ 
a) Vavg_100 = 7.707126 [m/s] 
b) ro_2100 = 0.904398 [kg/m3] 
b) Pavg = 1117894.623508 [W] 
c) E = 3.231610 [GWh] 
. 
Cach 3: z=0.03: Open areas with a few windbreaks__________ 
a) Vavg_100 = 8.220050 [m/s] 
b) ro_2100 = 0.904398 [kg/m3] 
b) Pavg = 1356272.169279 [W] 
c) E = 3.920712 [GWh]
Câu 3. 
delta_H = -726.6000 
a) HHV = 726.600000 [kJ/mol] = 22706.250000 [kJ/kg] 
Qmin = 24.2870 
b) Eff_max = 0.966574 [%] 
Câu 1. 
% Cau 1 
% Matlab tinh goc theo rad! 
clc 
clear all 
do_rad=pi/180 
rad_do=180/pi 
L = 10+45/60 
Lg = 106+40/60 % do Kinh Tay 
n = 152-1+10 % ngay 10 thang 6 
Tamb=35 % nhiet do moi truong, oC 
S = 1 % sun 
% PV panel 
ncell=60 
Pm=240 
Voc=37.2 
Vm=30.2 
Isc=8.44 
Im=7.96 
NOCT=46 
TCIsc=0.081 
TCVoc=-0.37 
TCPm=-0.45 
Vaq=24 
Rs=0 
Rp=7.3 
% Cau a 
delta = 23.45*sin((360/365*(n-81))*do_rad) 
btaN1 = 90-L+delta 
tilt = 90-btaN1 
% Cau b 
Sb = S*cos(tilt*do_rad) 
% Cau c 
Tcell=Tamb+(NOCT-20)/0.8*Sb 
Voc_c=Voc*(1+TCVoc/100*(Tcell-25)) 
Isc_c=Isc*(1+TCIsc/100*(Tcell-25)) 
Pm_c=Pm*(1+TCPm/100*(Tcell-25)) 
% Cau d 
k=1.381*10e-23 
T=273+Tcell 
q=1.602*10e-19 
kT_q=k*T/q % 0.0257 
Io=Isc_c/(exp(Voc_c/ncell/kT_q)-1) % => 5.407299 e-9 
% Cau e 
Vcell=Vaq/ncell 
I_e=Isc_c-Io*(exp(Vcell/kT_q)-1)-Vcell/Rp 
P_e=I_e*Vaq 
disp('Ket qua _________________________________________________________') 
TEXT = sprintf('a) delta = %f [do]', delta); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) btaN = %f [do]', btaN1); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) tilt = %f [do]', tilt); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) Sb = %f [sun]', Sb); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) Tcell = %f [oC]', Tcell); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) Voc_c = %f [V]', Voc_c); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) Isc_c = %f [A]', Isc_c); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) Pm_c = %f [W]', Pm_c); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('d) Io = %f e-8 [A]', Io/1e-8); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('e) I_e = %f [A]', I_e); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('e) P_e = %f [W]', P_e); disp(TEXT) 
disp('Ket qua _________________________________________________________') 
TEXT = sprintf('a) delta = %f [do]', delta); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) btaN = %f [do]', btaN1); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) tilt = %f [do]', tilt); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) Sb = %f [sun]', Sb); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) Tcell = %f [oC]', Tcell); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) Voc_b = %f [V]', Voc_b); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) Isc_b = %f [A]', Isc_b); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) Pm_b = %f [W]', Pm_b); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('d) Io = %f e-9 [A]', Io/1e-9); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('e) I_e = %f [A]', I_e); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('e) P_e = %f [W]', P_e); disp(TEXT) 
Câu 2. 
% Lop NLTT 2012, thi HK 
% Cau 2_NL Gio 
% Matlab tinh goc theo rad! 
clc 
clear all 
H=2000 %m 
H0=30 
H1=100 
D=60 % m 
Vavg_30=7 % [m/s] 
Tabm=35 % [oC] 
CF=0.33 
R=8.2056e-5 % [m3.atm/(K.mol)] 
T=273+Tabm % [oK] 
MW=28.97 % air=28.97g/mol 
Po=1 % atm 
% Cach 
1____________________________________________
___ 
% Cau a 
alfa1=0.1 % Smooth hard ground, calm water 
Vavg_100_c1 = Vavg_30*(H1/H0)^alfa1 
% Cau b 
P=Po*exp(-1.185e-4*(H)) 
ro=P*MW*1e-3/R/T 
A=pi*D^2/4 
Pavg_c1=6/pi*1/2*ro*A*Vavg_100_c1^3 
% Nhit do35oC 
KT=0.94 
% Do cao 2000m 
KA=(0.789+0.771)/2 
ro_1=1.225*KT*KA 
% Cau c, voi may phat dien co Pdm=Pavg 
E_c1=Pavg_c1*CF*8760 
% Cach 
2____________________________________________
___ 
% Cau a 
z2=0.0002 % Water surface, Smooth hard ground 
Vavg_100_c2 = Vavg_30*log(H1/z2)/log(H0/z2) 
% Cau b 
Pavg_c2=6/pi*1/2*ro*A*Vavg_100_c2^3 
% Cau c, voi may phat dien co Pdm=Pavg 
E_c2=Pavg_c2*CF*8760 
% Cach 
3____________________________________________
___ 
% Cau a 
z3=0.03 % Open areas with a few windbreaks 
Vavg_100_c3 = Vavg_30*log(H1/z3)/log(H0/z3) 
% Cau b 
Pavg_c3=6/pi*1/2*ro*A*Vavg_100_c3^3 
% Cau c, voi may phat dien co Pdm=Pavg 
E_c3=Pavg_c3*CF*8760 
disp('Ket qua 
_____________________________________________
____________') 
disp('Cach 1: alfa=0.1: Smooth hard ground, calm 
water__________') 
TEXT = sprintf('a) Vavg_100 = %f [m/s]', Vavg_100_c1); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) ro_2100 = %f [kg/m3]', ro); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) Pavg = %f [W]', Pavg_c1); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) E = %f [GWh]', E_c1/1e9); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) ro_2100 = %f [kg/m3]', ro_1); 
disp(TEXT) 
disp('.') 
disp('Cach 2: z=0.0002: Water 
surface___________________________') 
TEXT = sprintf('a) Vavg_100 = %f [m/s]', Vavg_100_c2); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) ro_2100 = %f [kg/m3]', ro); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) Pavg = %f [W]', Pavg_c2); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) E = %f [GWh]', E_c2/1e9); disp(TEXT) 
disp('.') 
disp('Cach 3: z=0.03: Open areas with a few 
windbreaks__________') 
TEXT = sprintf('a) Vavg_100 = %f [m/s]', Vavg_100_c3); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) ro_2100 = %f [kg/m3]', ro); 
disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) Pavg = %f [W]', Pavg_c3); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) E = %f [GWh]', E_c3/1e9); disp(TEXT) 
Câu 3. 
% Lop NLTT 2012, thi HK 
% Cau 3_Fuel cell 
% Matlab tinh goc theo rad! 
clc 
clear all 
T=298 %[oK] 
% Cau a 
%CH3OH + 3/2*O2 -> CO2 + 2*H2O 
%-238.7 0 -393.5 2*(-285.8) 
delta_H = -393.5 + 2*(-285.9) - (-238.7) %[kJ/mol CH3OH] 
HHV_mol=-delta_H 
%MW = 12.011 + 4*1.008 + 16.? 
MW = 12 + 4*1 + 16 
HHV_kg=HHV_mol/MW*1000 %[kJ/kg] 
% Cau b 
%CH3OH + 3/2*O2 -> CO2 + 2*H2O 
%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 
%CH3OH + 3/2*O2 -> CO2 + 2*H2O 
%-166.4 0 -394.4 2*(-237.2) 
delta_G=-166.4 -(-394.4+2*(-237.2)) %[kJ/mol-K] 
We=delta_G 
We=H-Qmin 
Eff_max=We/H 
disp('Ket qua _________________________________________________________') 
TEXT = sprintf('a) HHV = %f [kJ/mol] = %f [kJ/kg]', HHV_mol, HHV_kg); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) Eff_max = %f [%%]', Eff_max); disp(TEXT)