Vì sao dùng tuabin trục đứng

NGUYỄN ĐĂNG CƢỜNGBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI---------------------------------------NGUYỄN ĐĂNG CƯỜNGCƠ KHÍ ĐỘNG LỰCTÍNH TỐN KHÍ ĐỘNG HỌC TUABIN GIĨ TRỤC ĐỨNGLUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌCCƠ KHÍ ĐỘNG LỰCKHỐ 2011BHà Nội – 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI--------------------------------------NGUYỄN ĐĂNG CƯỜNGTÍNH TỐN KHÍ ĐỘNG HỌC TUABIN GIĨ TRỤC ĐỨNGChuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí Động lựcLUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌCCƠ KHÍ ĐỘNG LỰCNGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC :1.TS. NGUYỄN MẠNH HƢNG2. PGS.TS HỒNG THỊ BÍCH NGỌCHà Nội – 2014 LỜI CAM ĐOANTơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêubên trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơngtrình nào khácTÁC GIẢ LUẬN VĂNNguyễn Đăng Cƣờng1 MỤC LỤCDANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................4DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................6DANH MỤC KÝ HIỆU ............................................................................................8MỞ ĐẦU ....................................................................................................................9Chƣơng 1.1.1TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU .....................................................11. Tình hình năng lƣợng gió trên thế giới và ở Việt Nam .......................111.1.1. Tổng quan về năng lượng gió .................................................................111.1.2. Tình hình sử dụng năng lượng gió trên thế giới ..................................131.1.3. Tiềm năng và tình hình khai thác năng lượng gió ở Việt Nam ...........141.2. Tuabin gió .....................................................................................................171.3. Tổng quan so sánh tuabin gió trục đứng và tuabin gió trục ngang ........181.3.1. Ưu và nhược điểm của tuabin gió trục đứng ........................................181.3.2. Một số loại tuabin trục đứng .................................................................201.3.3. So sánh giữa kiểu tuabin trục đứng kiểu H [H-rotor], kiểu Darrieusvà tuabin trục ngang .........................................................................................23Chƣơng 2.LÝ THUYẾT TUABIN GIÓ TRỤC ĐỨNG ..............................252.1. Tam giác vận tốc và vận tốc tới profil cánh .................................................252.2. Hệ số vận tốc cánh [tỷ tốc] ............................................................................262.3. Lực nâng và lực cản ......................................................................................272.4. Momen quay và công suất .............................................................................282.5. Số Bezt giới hạn. ............................................................................................302.6. Hệ số cứng vững ............................................................................................31Chƣơng 3.PHƢƠNG PHÁP TÍNH VÀ KẾT QUẢ ỨNG DỤNG ............333.1. Phƣơng pháp và mơ hình tính tốn ............................................................333.2. Kết quả mô phổng số ....................................................................................363.2.1 Kết quả trên mẫu NACA0012 với trƣờng hợp 2 cánh .........................363.2.2 Kết quả trên mẫu NACA4412 với trường hợp 2 cánh ............................472 3.2.3 Kết quả trên mẫu NACA0012 với trường hợp 3 cánh[ R=1m, v=5m/s,=5rad/s] ...........................................................................................................513.2.3 Kết quả trên mẫu NACA0012 với trường hợp 4 cánh[ R=1m, v=5m/s,=5rad/s] ...........................................................................................................533.3. Phân tích kết quả ..........................................................................................553.2.1. Tính chất khơng dừng của chuyển động [phụ thuộc thời gian] ...........553.2.2. Ảnh hưởng của số cánh tới mơmen và cơng suất của tuabin gió .........593.2.3. Ảnh hưởng hệ số vận tốc cánh ...............................................................613.2.4. Đánh giá ảnh hưởng của profil cánh .....................................................64Chƣơng 4. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO..................66KẾT LUẬN...........................................................................................................66HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ..............................................................66TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................673 DANH MỤC HÌNH VẼHình 1.1. Bản đồ vận tốc gió theo mùaHình 1.2. Phân loại tua bin gió.Hình 1.3 Tua bin DarrieusHình 1.4 Tua bin SavoniusHình 1.5 Tua bin Giromill [H-rotor]Hình 1.6. Tuabin trục đứng kiểu H, kiểu Darrieus,tuabin trục ngang [từ trái qua phải]Hình 2.1. Nguyên lý làm việc của tuabin gió trục đứngHình 2.2. Tam giác vận tốc tại vị trí vận tốc gió vng góc với profil cánh và   0Hình 2.3. Vận tốc tới và góc tới phụ thuộc vào hệ số vận tốc cánhHình 2.4. Lực nâng và lực cảnHình 2.5. Xác định momen quayHình 2.6. Các lực thành phần tác động lên cánhHình 2.7. Mơ hình dịng qua roto của BeztHình 2.8. Lựa chọn loại tuabin theo tỷ tốc đầu cánhHình 3.1. Biên dạng lá cánh - Naca 0012 và Naca 4412Hình 3.2. Lưới tuabin 2 cánh được xây dựng trên GambitHình 3.3. Trường vận tốc và hình ảnh vết tại góc  = 45o và  = 135oHình 3.4. Thơng số của tuabin gió trục đứng [hai vị trí “hãm” của cánh]Hình 3.5. Vết khí động và xốy tại  = 90o và  = 270o4 Hình 3.5 b: Trường vận tốc ở các góc phương vị khác nhau. [ tại các thời điểmkhác nhau]Hình 3.5c : Lưới của mơ hình sau khi chia được tạo trên Gambit Naca4412Hình 3.5d : Lưới của mơ hình sau khi chia được tạo trên Gambit Naca0012 3 cánhHình 3.5e : Lưới của mơ hình sau khi chia được tạo trên Gambit Naca0012 4 cánhHình 3.6. Mơ men quay của tuabin tại 3 vòng quay đầu [tuabin 2 cánh, Naca 0012,R=1m, v=5m/s, =5rad/s]Hình 3.7. Mơ men quay của tuabin tại 3 vòng quay đầu [tuabin 2 cánh, Naca 0012,R=1m, v=5m/s, =5rad/s]Hình 3.8. Mơ men quay của tuabin tại 3 vịng quay đầu [tuabin 2 cánh, Naca 0012,R=1m, v=5m/s, =5rad/s]5 DANH MỤC BẢNGBảng 1.1. Mười nước có sản lượng điện gió lớn nhất [cuối năm 2012] [1]Bảng 1.2: Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 80m so với mặt đấtBảng 1.3: So sánh tuabin trục đứng [VAHT] kiểu H và Darrieur và tuabin trụcngang HAWT [Eriksson et al. , 2008]Bảng 3.1a: Thông số số đầu vào điều kiện biên mẫu cánh NACA 0012Bảng 3.1b: Vận tốc góc và tỷ số vận tốc với bán kính R = 1mBảng 3.1c: Mơ men quay của tuabin tại vịng quay thứ 3 [tuabin 2 cánh, Naca0012, R=1m, v=5m/s, =2,5rad/s]Bảng 3.1d: Mô men quay của tuabin tại vòng quay thứ 3 [tuabin 2 cánh, Naca0012, R=1m, v=5m/s, =5rad/s]Bảng 3.1e: Mô men quay của tuabin tại vòng quay thứ 3 [tuabin 2 cánh, Naca0012, R=1m, v=5m/s, =7,5rad/s]Bảng 3.2a: Thông số số đầu vào điều kiện biên mẫu cánh NACA 4412Bảng 3.2b: Vận tốc góc và tỷ số vận tốc với bán kính R = 1mBảng3.2c Mơ men quay của tuabin tại 3 vịng quay đầu [tuabin 2 cánh, Naca 4412,R=1m, v=5m/s, =2,5rad/s]Bảng 3.2d Mơ men quay của tuabin tại 3 vịng quay đầu [tuabin 2 cánh, Naca 4412,R=1m, v=5m/s, =5rad/s]Bảng 3.2e Mô men quay của tuabin tại 3 vòng quay đầu [tuabin 2 cánh, Naca 4412,R=1m, v=5m/s, =7,5rad/s]6 Bảng 3.3: Mơ men quay của tuabin tại 3 vịng quay đầu [tuabin 3 cánh, Naca 0012,R=1m, v=5m/s, =5rad/s]Bảng 3.4: Mơ men quay của tuabin tại 3 vịng quay đầu [tuabin 4 cánh, Naca 0012,R=1m, v=5m/s, =5rad/s]Bảng 3.5. So sánh cơng suất trung bình phụ thuộc vào số cánh [Naca 0012, R=1m,v=5m/s, =5rad/s, =1]Bảng 3.6. So sánh công suất trung bình phụ thuộc vào hệ số vận tốc [Naca 4412,R=1m, v=5m/s,]7 DANH MỤC KÝ HIỆUKý hiệuTên tiếng việtTên tiếng AnhCLHệ số lực nângCoefficient of liftCDHệ số lực cảnCoefficient of dragCPHệ số công suấtCoefficient of powerLLực nângLift forceDLực cảnDrag forceNLực pháp tuyếnNormal forceTLực tiếp tuyếnTangential forceSDiện tích qtPlanform area of airfoil bladeαGóc tấn với vận tốc tổng hợpAngle of Attack with resultantair velocityωVận tốc góc của tuabinAngular velocityλHệ số vận tốc đầu cánhTip speed ratioθGóc phương vịazimuth anglescChiều dài dây cung cánhChord lengthσHệ số cứng vữngSolidityRBán kính rotorDistance of airfoil blade fromcenterReSố ReynoldsReynolds numberρTỷ trọngDensityμĐộ nhớt động lực họcDynamic viscositynSố cánh tuabinNumber of blades8 MỞ ĐẦUNền kinh tế Việt Nam đang tăng trưởng mạnh nên nhu cầu về năng lượng sẽtăng rất nhanh trong thời gian tới. Các nhà máy điện đang được đầu tư xây mớinhưng cũng không đủ đáp ứng nhu cầu điện trong nước. Hơn nữa thời tiết ngàycàng khắc nghiệt dự báo là ngành điện sẽ gặp rất nhiều khó khăn do thủy điện thiếunước, nguồn tài nguyên khác đang cạn kiệt. Nên việc tạo ra điện từ một nguồn cungcấp vơ tận, thân thiện với mơi trường là gió là một hướng đi rất nhiều triển vọng,được nhà nước khuyến khích phát triển.Nghiên cứu của Ngân hàng Thế giới chỉ ra rằng Việt Nam là nước có tiềm nănggió lớn nhất trong bốn nước trong khu vực: hơn 39% tổng diện tích của Việt Namđược ước tính là có tốc độ gió trung bình hàng năm lớn hơn 6 m/s ở độ cao 65 m,tương đương với tổng công suất 512 GW. Đặc biệt, hơn 8% diện tích Việt Namđược xếp hạng có tiềm năng gió rất tốt.Dùng tuabin gió loại nhỏ phát điện cho hộ gia đình trong thành phố, khu dân cưlà biện pháp rất khả thi và hiệu quả. Ngồi ra cịn có thể dùng tuabin gió kết hợpvới hệ thống pin mặt trời để cấp điện chiếu sáng cho chiếu sáng đô thị ven biển haycác trục đường cao tốc. Hơn nữa lắp đặt hệ thống này cũng làm cho cảnh quan ở cácthành phố du lịch đẹp, thân thiện mơi trường hơn. Rất thích hợp để lắp đặt tua-bingió nhỏ ở những vùng có lưới mini độc lập – đó là các đảo và vùng núi, nơi màkhơng có lưới điện quốc gia.Hiện nay trên thế giới loại tua bin gió trục đứng loại công suất nhỏ lắp đặt phụcvụ nhu cầu hộ gia định và chiếu sáng đô thị đang được chú trọng phát triển. Canada,Mỹ và trung quốc là các quốc gia đi đầu về khai thác thị trường này, nhu cầu sửdụng loại tua bin cỡ nhỏ đang tăng lên rất nhanh do tính hiệu quả trong phát điện vàhiệu quả đầu tư kinh tế.Loại tuabin gió trục đứng cơng suất nhỏ có nhiều ưu điểm như: Có thể phát điệnở vận tốc gió khá thấp với hiệu suất cao và khả năng cân bằng khá tốt nên chi phísản xuất trụ rẻ hơn rất nhiều so với loại tuabin gió trục ngang.9 Hơn nữa loại tuabin cỡ nhỏ loại này rất phù hợp để cung cấp cho nhu cầu dungđiện cấp hộ gia đình và lưới điện mini độc lập. Do có ưu điểm về kết cấu đơn giảndễ chế tạo nên hồn tồn có khả năng sản xuất được trong nước và có thể cạnh tranhvới các sản phẩm cùng loại của nước ngoài.Do vậy việc đầu tư nghiên cứu để đưa ra thị trường phục vụ nhu cầu cho nhândân là rất khả thi và hết sức cần thiết. Cho nên tác giả xin chọn đề tài: “Tính tốnkhí động học tuabin gió trục đứng”. Trên thế giới, nhiều nước có sự phát triểnmạnh loại tuabin gió trục ngang, vài năm gần đây mới bắt đầu bắt tay vào nghiêncứu phát triển loại tua bin gió trục đứng. Do thời gian và điều kiện hạn chế trongmột luận văn thạc sĩ, tác giả xây dựng mơ hình trên máy tính, tính tốn mơ phỏngbằng phần mềm Fluent-Ansys kết hợp với lập trình tính tốn nhỏ. Từ đó tiến hànhphân tích và so sánh để đưa ra những lựa chọn tối ưu, làm cơ sở cho việc tính tốnthiết kế và chế tạo mẫu thử nghiệm trong các giai đoạn tiếp theo.-Tính tốn đặc trưng khí động của cánh-Tính năng khí động của lưới cánh và rotor tuabin gió-Đối tượng nghiên cứu: khí động học của tuabin trục đứng.-Phạm vi nghiên cứu: tuabin trục đứng dựa trên nguyên lý lực nâng dạng 2D-Lý thuyết khí động lực học profil cánh, cánh và lưới cánh-Thử nghiệm mơ hình bằng mơ phỏng số trên phần mềm Ansys.Nội dung của luận văn được phân thành 4 chương chính:Mở đầuChương 1: Tổng quan nghiên cứu tuabin gióChương 2: Cơ sở lý thuyết của tuabin gió trục đứng.Chương 3: Phương pháp tính và kết quả ứng dụngKết luận10 Chƣơng 1.TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU1.1 . Tình hình năng lƣợng gió trên thế giới và ở Việt Nam1.1.1. Tổng quan về năng lượng gióSự hình thành năng lượng gióBức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khíquyển, nước và khơng khí nóng không đều nhau. Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặtban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bứcxạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhauvề nhiệt độ và vì thế là khác nhau về áp suất mà khơng khí giữa xích đạo và 2 cựccũng như khơng khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạothành gió. Trái Đất xoay trịn cũng góp phần vào việc làm xốy khơng khí và vì trụcquay của Trái Đất nghiêng đi [so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khiquay quanh Mặt Trời] nên cũng tạo thành các dịng khơng khí theo mùa.Hình 1.1 Bản đồ vận tốc gió theo mùaBức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất khơng đồng đều làm cho bầu khíquyển, nước và khơng khí nóng khơng đều nhau. Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặtban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bứcxạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau11 về nhiệt độ và vì thế là khác nhau về áp suất mà khơng khí giữa xích đạo và 2 cựccũng như khơng khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạothành gió. Trái Đất xoay trịn cũng góp phần vào việc làm xốy khơng khí và vì trụcquay của Trái Đất nghiêng đi [so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khiquay quanh Mặt Trời] nên cũng tạo thành các dịng khơng khí theo mùa.Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trụccủa Trái Đất nên khơng khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển độngthắng mà tạo thành các cơn gió xốy có chiều xốy khác nhau giữa Bắc bán cầu vàNam bán cầu. Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu khơng khí di chuyển vào mộtvùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng áp cao theo chiềukim đồng hồ. Trên Nam bán cầu thì chiều hướng ngược lại.Ngồi các yếu tố có tính tồn cầu trên gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa hình tạitừng địa phương. Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất nónglên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từ biển hay hồvào đất liền. Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước và hiệu ứng này xảy ratheo chiều ngược lại. [1]Sử dụng năng lượng gióNăng lượng gió đã được sử dụng từ hằng trăm năm nay. Con người đã dùngnăng lượng gió để di chuyển thuyền buồm hay khinh khí cầu, ngồi ra năng lượnggió cịn được sử dụng để tạo công cơ học nhờ vào các cối xay gió.Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phátminh ra điện và máy phát điện. Lúc đầu nguyên tắc của cối xay gió chỉ được biếnđổi nhỏ và thay vì là chuyển đổi động năng của gió thành năng lượng cơ học thìdùng máy phát điện để sản xuất năng lượng điện. Khi bộ mơn cơ học dịng chảy tiếptục phát triển thì các thiết bị xây dựng và hình dáng của các cánh quạt cũng đượcchế tạo đặc biệt hơn. Ngày nay người ta gọi đó tuốc bin gió, khái niệm cối xay giókhơng cịn phù hợp nữa vì chúng khơng cịn có thiết bị nghiền. Từ sau những cuộckhủng hoảng dầu trong thập niên 1970 việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các12 nguồn khác được đẩy mạnh trên toàn thế giới, kể cả việc phát triển các tuốc bin gióhiện đại. [1]1.1.2. Tình hình sử dụng năng lượng gió trên thế giớiTính đến cuối năm 2012 thế giới đã có trên 200.000 tuabin đang hoạt động vớitổng khoảng 282,587 MW điện gió. Và hàng năm công suất lắp đặt luôn tăng.Bảng 1.1. Mười nước có sản lượng điện gió lớn nhất [cuối năm 2012] [1]CountryNew 2012capacity [MW]Windpower totalcapacity% world total[MW]China12,96075,32426.7United States13,12460,00721.2Germany2,14531,30811.1Spain1,12222,7968.1India2,33618,4216.5UK1,8978,8453.0Italy1,2738,1442.9France7577,5642.7Canada9356,2002.2Portugal1454,5251.66,73739,85314.144,799 MW282,587 MW100%[rest of world]World total[Nguồn: //en.wikipedia.org/wiki/Wind_power]13 1.1.3. Tiềm năng và tình hình khai thác năng lượng gió ở Việt Nama. Tiềm năng năng lượng gió ở Việt NamMột số nghiên cứu đánh giá cho thấy Việt Nam có tiềm năng gió để phát triểncác dự án điện gió với quy mơ lớn là rất khả thi. Bản đồ tiềm năng gió của Ngânhàng Thế giới8 [Worldbank, 2001] được xây dựng cho bốn nước trong khu vựcĐông Nam Á [gồm: Việt Nam, Cam-pu-chia, Lào, và Thái Lan] dựa trên phươngpháp mơ phỏng bằng mơ hình số trị khí quyển. Theo kết quả từ bản đồ năng lượnggió này, tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 65 m của Việt Nam là lớn nhất so vớicác nước khác trong khu vực, với tiềm năng năng lượng gió lý thuyết lên đến513.360 MW. Những khu vực được hứa hẹn có tiềm năng lớn trên tồn lãnh thổ làkhu vực ven biển và cao nguyên miền nam Trung Bộ và Nam Bộ. Tuy nhiên, cáckết quả mô phỏng này được đánh giá là khá khác biệt so với kết quả tính tốn dựatrên số liệu quan trắc của EVN, sự khác biệt này có thể là do sai số tính tốn mơphỏng.Năm 2007, EVN cũng đã tiến hành nghiên cứu đánh giá tiềm năng gió, xác địnhcác vùng thích hợp cho phát triển điện gió trên tồn lãnh thổ với cơng suất kỹ thuật1.785 MW9. Trong đó miền Trung Bộ được xem là có tiềm năng gió lớn nhất cảnước với khoảng 880 MW tập trung ở hai tỉnh Quảng Bình và Bình Định, tiếp đếnvùng có tiềm năng thứ hai là miền Nam Trung Bộ với công suất khoảng 855 MW,tập trung ở hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận.Ngồi ra, Bộ Cơng thương và Ngân hàng Thế giới [2010]11 đã tiến hành cậpnhật thêm số liệu quan trắc [đo gió ở 3 điểm] vào bản đồ tiềm năng gió ở độ cao 80m cho Việt Nam. Kết quả cho thấy tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 80 m so vớibề mặt đất là trên 2.400 MW [tốc độ gió trung bình năm trên 7 m/s]. [1]14 Bảng 1.2 Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 80m so với mặt đấtTốc độ gió trung

9Diện tích [km2]95.91670.86840.4732.435220201Diện tích chiếm45,733,819,31,20,10,01< 0.01956.16708.68404.7324.3512.20220010bình [m/s][%]Tiềm năng [MW][Nguồn: AWS TruePower, 2011. Wind resource atlast of Vietnam. 463 NewKarner Road, Albany, New York 12205]b. Các trạm điện năng lượng gió đã và đang được xây dựng ở Việt NamHiện tại Việt Nam có tất cả 20 dự án diện gió với dự kiến sản xụất 20 GW.Nguồn điện gió này sẽ kết nối với hệ thống điện lưới quốc gia và sẽ được phân phốivà quản lý bởi Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam. Trong thời gian qua [tháng 4năm 2004] , Việt Nam đã lắp đặt trạm năng lượng gió cơng suất 858KW trên đảoBạch Long Vĩ do chính phù tài trợ và các tổ máy được chế tạo bởi hãng TechnologySA [Tây Ban Nha] . Ngoài ra Trung Tâm Năng Lượng Tái Tạo và Thiết Bị Nhiệt[RECTARE] Đại học Bách Khoa tp Hồ Chí Minh đã lắp đặt trên 800 tuabin giótrong hơn 40 tỉnh thành với sự tài trợ của Hiệp hội Việt Nam – Thụy Sĩ tập trungnhiều nhất gần Nha Trang, trong đó có gần 140 tuabin gió đã hoạt động. Ở Cần Giờthành phố Hồ Chí Minh với sự hỗ trợ của Pháp cũng đã lắp đặt được 50 tuabin gió.Tuy nhiên những tuabin gió trên đều có cơng suất nhỏ khoảng vài KW mức độthành cơng khơng cao vì khơng được bảo dưỡng thường xuyên theo đúng yêu cầu.Tháng 8-2008 Fuhrlaender AG, một tập đồn sản xuất tuabin gió hàng đầu củaĐức đã bàn giao 5 tổ máy [cánh quạt gió] sản xuất điện gió đầu tiên cho dự án điệngió tại Tuy Phong , Bình Thuận với mỗi tổ máy có cơng suất 1.5MW [cũng xin ghinhận nơi đây thời tiết ở Tuy Phong rất khơ khan, nhưng có nhiều nắng vá gió. Tốcđộ gió trung bình ở đây là 6.7 m/s] . Tổ máy đầu tiên được lắp đặt vào tháng 11-15 2008 và chính thức hịan thành kết nối vào điện lưới quốc gia vào tháng 8 năm2009.Toàn bộ thiết bị của 15 tổ máy còn lại của giai đọan 1 sẽ được hồn thành trongthời gian sắp tới để hịan tất việc lắp đặt toàn bộ 20 tổ máy cho giai đọan 1. Tổngcơng suất của nhà máy điện gió tại Bình Thuận trong giai đoạn này là 30MW doCơng Ty Cổ Phần Năng Lượng Tái tạo Việt Nam [REVN] làm chủ đầu tư. Thờigian hoạt động của dự án là 49 năm. Nhà máy được xây dựng trên diện tích 328ha.Theo kế hoạch giai đoạn 2 sẽ mở rộng sau đó với cơng suất lên 120MW. - Tháng10-2008 tại Hà Nội đã diễn ra lễ ký kết giữa Tổng Cơng Ty Điện Lực Dầu Khí ViệtNam [PV Power] thuộc Tập Đồn Dầu Khí Việt Nam và Tập Đồn Luyện Kim củaArgentina Industrias Metallurgica Pescamona S.A.I.yF [IMPSA] thỏa thuận chi tiếtvề việc sản suất và phát triển các dự án điện gió và thủy điện tại Việt Nam. Hai bênđã đồng ý góp vốn để kinh doanh và thương mại hóa tuabin gió, phát triển và quảnlý các dự án điện gió, cung cấp các dịch vụ bảo trì, sửa chữa các thiết bị điện gió ởViệt Nam. Hai bên cũng đã kí thỏa thuận hợp tác triển khai nhà máy điện gió cơngsuất 1 GW trên diện tích 10.000 ha nằm cách xã Hịa Thắng huyện Bắc Bình tỉnhBình Thuận khoảng 6 km về hướng đông bắc. Nhà máy sẽ được lắp đặt tuabin gióIMPESA Unipower IWP –Class II cơng suất 2,1MW các tổ máy gồm nhiều tuabingió cho phép sản xuất 5,5 Gwh/năm. Dự kiến tổng vốn đầu tư cho dự án là 2,35 tỷUSD trong 5 năm. Hai bên cũng thỏa thuận về dự án sản suất tuabin gió cơng suất2MW có sải cánh quạt dài 80m cho Việt Nam và cho xuất khẩu. - Những đế ánkhác chẳng hạn như: Phương Mai - Quy-Nhơn với công xuất 2,5 MW do chuyênviên tập đòan Avantis Energy Group; hai đề án với công xuất 150 MW & 80 MWtại tỉnh Lâm Đồng đang được tích cực triển khai; Công ty Thụy Sĩ Aerogie PlusSolution AG lắp đặt nhà máy điện gió có cơng xuất 7,5 MW kết hợp với động cơdiesel tại Côn Đảo , tỉnh Bà Rịa- Vũng Tàu. [2]16 1.2. Tuabin gióTurbine gió là máy dùng để biến đổi động năng của gió thành cơ năng. Máynăng lượng này có thể được dùng trực tiếp như trong trường hợp của cối xay bằngsức gió, hay biến đổi tiếp thành điện năng như trong trường hợp máy phát điện bằngsức gió.Máy phát điện bằng sức gió bao gồm một số bộ phận khác nhau. Nhưng thànhphần quan trọng nhất vẫn là motor điện một chiều; loại dùng nam châm bền và cánhđón lấy gió. Cịn lại là các bộ phận khác như: đi lái gió, trục và cột để dựng máyphát, bộ phận đổi dịng điện để hợp với bình ắc qui và cuối cùng là 1 chiếc máy đổiđiện [inverter] để chuyển điện từ ắc quy thành điện xoay chiều thơng dụng.Máy phát điện turbine gió thường sử dụng máy phát là loại xoay chiều có nhiềucặp cực do kết cấu đơn giản và phù hợp đặc điểm tốc độ thấp của turbine gió.Các máy phát điện sử dụng năng lượng gió thường được xây dựng gần nhau vàđiện năng sản xuất ra được hòa vào mạng điện chung sau đó biến đổi để có đượcnguồn điện phù hợp. Việc sử dụng ăc quy để lưu giữ nguồn điện phát ra chỉ sử dụngcho máy phát điện đơn lẻ và cung cấp cho hộ tiêu thụ nhỏ [gia đình]. Việc lưu điệnvào ắc quy và sau đó chuyển đổi lại thường cho hiệu suất thấp hơn và chi phí caocho bộ lưu điện tuy nhiên có ưu điểm là ổn định đầu ra.Ngồi ra cịn có một cách lưu trữ năng lượng gió khác. Người ta dùng cánh quạtgió truyền động trực tiếp vào máy nén khí. Năng lượng gió sẽ được tích trữ trong hệthống rất nhiều bình khí nén. Khí nén trong bình sau đó sẽ được lần lượt bung ra đểxoay động cơ vận hành máy phát điện. Q trình nạp khí và xả khí được luân phiêngiữa các bình, bình này đang xả thì các bình khác đang được nạp bởi cánh quạt gió.Điện sẽ được ổn dịnh liên tục.Hiện nay trên thế giới có nhiều cách phân loại tuabin gió nhưng dễ dàng nhất làphân loại theo ngun lý hoạt động thì tuabin gió chia làm hai loại chính là tuabingió trục ngang và tua bin trục đứng. Đối với mỗi loại lại có đặc điểm, ưu và nhượcđiểm khác nhau tùy vào dải cơng suất, tốc độ gió…17 [a] Tuabin gió trục đứng[b] tuabin gió trục ngangHình 1.2 Phân loại tua bin gió1.3. Tổng quan so sánh tuabin gió trục đứng và tuabin gió trục ngang1.3.1. Ưu và nhược điểm của tuabin gió trục đứngTuabin gió trục đứng [VAWT: Vertical Axis Wind Turbine] là một loại tuabingió mà rơto trục chính được đặt thẳng đứng và các thành phần chính được đặt ởphần đế của tuabin. Một trong những ưu điểm của kết cấu này là máy phát điệnvà hộp số có thể được đặt ngay gần mặt đất vì thế chúng được vận hành và sửa chữadễ dàng hơn, độ vững cao và VAWT không bị phụ thuộc vào hướng gió. [3]Các thiết kế ban đầu của các tuabin gió trục đứng [Savonius, Darrieus vàGiromill] vẫn cịn có những mặt hạn chế là có thể tạo ra các mơmen xoắn trong mỗivịng quay và mơmen uốn trên các cánh là rất lớn. Các thiết kế sau đó cũng đã giảiquyết vấn đề về mô men xoắn này bằng cách sử dụng các cánh có biên dạng xoắngần giống như tua bin nước của Gorlov.18 So với các tua bin gió trục ngang truyền thống [HAWT: Horizontal Axis WindTurbine] thì VAWT cũng đã có một số ưu điểm trội hơn như sau:- Chúng có thể được lắp đặt thành một vịng khép kín với nhau trong cáctrang trại gió và cho phép lắp đặt với số lượng nhiều hơn trong một không gian nhấtđịnh. Điều này khơng có nghĩa là vì VAWT có kích thước nhỏ hơn, mà là do loạiHAWT có hiệu ứng chậm trên không trung nên buộc các nhà thiết kế phải đặt táchbiệt chúng bằng mười lần chiều rộng của chúng.- VAWT cứng vững hơn, khơng gây ồn, có khả năng phát điện mà khơng phụthuộc vào hướng gió, và chúng không gây nên ứng suất lớn cho kết cấu giá đỡ. [4][5]- Các cánh của tuabin trục đứng quay ở vận tốc thấp hơn so với loại trục ngang,nên giảm thiểu việc gây hại cho chim.- Do bộ phận phát điện có thể đặt gần mặt đất nên việc bảo dưỡng dễ dàng vàviệc khởi động khơng cần phải có lượng gió lớn nên có thể được đặt trên ống khóihoặc các cấu trúc cao tầng tương tự. [6]Nhưng bên cạnh đó VAWT vẫn tồn tại những nhược điểm:- VAWT có xu hướng bị ngừng làm việc theo hướng gió- VAWT có một chiều cao lắp đặt với giới hạn thấp, vì thế nó vận hành trongmơi trường có tốc độ gió thấp. [7]- Các cánh của VAWT có xu hướng bị mỏi giống như lưỡi dao quay quanh trụctrung tâm. Các cánh làm việc theo phương thẳng đứng có thể bị xoắn và bị cong khichúng quay trong gió. Điều này khiến các cánh dễ bị uốn cong và nứt. [8]Mặc dù vẫn còn những tồn tại nhưng so sánh trên nhiều phương diện thì cáctua bin gió trục đứng VAWT vẫn được đưa vào sử dụng nhiều và ngày nay cácnhà thiết kế đã và đang không ngừng nghiên cứu những thay đổi về kết cấu, biêndạng cánh để VAWTs có thể làm việc được theo đa hướng gió và sao cho chúng19 đón được gió nhiều nhất ở phía thuận và cản gió ít nhất ở phía nghịch nhằm nângcao hiệu suất phát điện.1.3.2. Một số loại tuabin trục đứngTuabin gió trục đứng đựa chia ra làm hai loại: một dạng hoạt động theo nguyênlý lực nâng và một loại theo nguyên lý lực cản.a. Tuabin DarrieusHình 1.3 Tuabin DarrieusTua bin này bao gồm một số cánh thường có phương thẳng đứng được gắntrên một trục quay hoặc khung. Với thiết kế của loại tuabin gió này GeorgesJeanMarie Darrieus, một kỹ sư hàng không Pháp đã được cấp bằng sáng chế năm1931. Trên lý thuyết các loại Darrieus có hiệu quả giống như các loại chong chóngnếu tốc độ gió là khơng đổi, nhưng trong thực tế hiệu quả này là rất hiếm do áp lựcvề tính năng vật lý, những hạn chế trong thực tế thiết kế và sự biến thiên của tốc độ20 gió. Ngồi ra cịn có những khó khăn chủ yếu trong việc bảo vệ các tuabin gióDarrieus bởi giới hạn của sức gió và khả năng tự khởi động.Loại tuabin này cũng là một trong những loại VAWT phổ biến nhất và nó cũnglà loại được sử dụng khởi điểm cho việc nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả củacác loại VAWT được thiết kế sau này.Ưu điểm của tuabin Darrieus là có thể hoạt động với các hướng gió khác nhau,khơng cần kích thước cánh lớn, các thiết bị như hộp số, máy phát có thể đặt gần mặtđất, thuận lợi cho việc bảo dưỡng và sửa chữa. Nó có khả năng làm việc với tốc độcao và cơng suất lớn hoặc trung bình. Tuy nhiên nó lại có nhược điểm là không thểtự khởi động được mà cần phải có một nguồn năng lượng cung cấp ngồi.b. Tuabin SavoniusTua bin Savonius là một loại VAWT cản vì vậy nó khơng thể quay nhanh hơntốc độ gió. Điều này có nghĩa là tỷ lệ tốc độ đầu bằng 1 hoặc nhỏ hơn, khiến chotuabin này không phù hợp cho việc phát điện. Hơn nữa, hiệu quả là rất thấp so vớicác loại khác, do đó, nó có thể được sử dụng cho những lĩnh vực khác, chẳng hạnnhư bơm nước hoặc nghiền hạt…Hình 1.4 Tua bin SavoniusƯu điểm lớn nhất của loại tuabin này là sự đơn giản, độ tin cậy cũng cao dù tốcđộ gió thấp vì mơmen xoắn là rất lớn. Tuy nhiên mômen xoắn không phải là hằngsố, do đó đã có một số cải tiến với hình dạng xoắn ốc được đưa vào sử dụng.21 c. Tuabin Giromill [tuabin chữ H]Là một loại tuabin gió cánh thẳng, thường gọi là Giromill hay H-rotor. Nó làmột loại tuabin gió có trục thẳng đứng được phát triển bởi Georges Darrieus vàonăm 1927. Loại VAWT này đã được nghiên cứu bởi nhóm nghiên cứu củaMusgrove tại Vương quốc Anh trong những năm 80.Hình 1.5 Tuabin Giromill [H-rotor]Trong những tuabin phổ biến kiểu “ đánh trứng” của Darrieus thì các cánhthường được thay thế bằng loại thẳng đứng, gắn liền với trục quay chính bằng cácgiá đỡ ngang. Những tuabin này thường có 2 hoặc 3 cánh thẳng. Việc thiết kế cánhGiromill đơn giản hơn nhiều cho việc lắp ráp nhưng kết cấu chung lại nặng hơnkiểu truyền thống và yêu cầu cánh phải bền vững hơn. Máy phát điện của cáctuabin này được đặt ở dưới chân của trục trung tâm vì vậy mà nó có thể nặng hơnvà lớn hơn một máy phát điện thông thường của một HAWT và kết cấu của trụcquay chính có thể chế tạo nhẹ hơn. Mặc dù giá thành chế tạo rẻ hơn và việc lắpghép dễ dàng hơn so với một tuabin Darrieus tiêu chuẩn nhưng Giromill lại có hiệusuất thấp hơn và địi hỏi phải có động cơ để khởi động. Tuy nhiên, các tuabin nàycó thể hoạt động tốt trong điều kiện gió khơng ổn định và đây cũng là một sự lựachọn tốt để sử dụng trong các khu vực mà loại HAWT khơng thích hợp.22 1.3.3. So sánh giữa kiểu tuabin trục đứng kiểu H [H-rotor], kiểu Darrieus vàtuabin trục ngangHình 1.6. Tuabin trục đứng kiểu H, kiểu Darrieus,tuabin trục ngang [từ trái qua phải]Bảng 1.3: So sánh tuabin trục đứng [VAHT] kiểu H và Darrieur và tuabin trụcngang HAWT [Eriksson et al. , 2008]VAWT kiểu HVAWT DarrieusHAWTBiên dạng cánhĐơn giảnPhức tạpPhức tạpCơ cấu điều khiển hướngkhơngkhơngcóCơ cấu điều khiển ngangCóKhơngCóThápCóKhơngCóTiếng ồnThấpVừa phảiDiện tích cánhVừa phảiRộngNhỏVị trí máy phátDưới mặt đấtDưới mặt đấtTrên đỉnh thápBlade loadVừa phảiThấpCao23