Tính toán khí động họ tuabin gió trụ đứng

T ng quan so sánh tuabin gió trổục đứng và tuabin gió tr c ngang .... ế- Tính toán đặc trưng khí động c a cánh ủ- Tính năng khí động của lưới cánh và rotor tuabin gió - Đối tượng nghiên

TÍNH TOÁN KHÍ ĐỘ NG H C TUABIN GIÓ TR Ọ ỤC ĐỨ NG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

B GIÁO D Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠ O

TRƯỜNG ĐẠ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

-

NGUYỄN ĐĂNG CƯỜNG

TÍNH TOÁN KHÍ ĐỘ NG H C TUABIN GIÓ TR Ọ ỤC ĐỨ NG

Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí Động l c ự

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứ u c a tôi Các s li u, k t qu nêu ủ ố ệ ế ả bên trong lu ận văn là trung thực và chưa từng đượ c ai công b trong b t k công ố ấ ỳ trình nào khác

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễ n Đăng Cƣ ờng

MỤ C LỤC

DANH MỤC HÌNH V 4 Ẽ

DANH M C B NGỤ Ả 6

DANH MỤC KÝ HI U 8 Ệ M Ở ĐẦU 9

Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN C U 11 Ứ 1.1 Tình hình năng lượng gió trên th gi i và ế ớ ở Việt Nam 11

1.1.1 T ng quan v ổ ề năng lượ ng gió 11

1.1.2 Tình hình s d ử ụng năng lượ ng gió trên th gi i ế ớ 13

1.1.3 Tiềm năng và tình hình khai thác năng lượng gió ở Việ t Nam 14

1.2 Tuabin gió 17

1.3 T ng quan so sánh tuabin gió trổ ụ c đ ứng và tuabin gió tr c ngang 18 ụ 1.3.1 Ưu và nhược điể m c a tuabin gió tr ủ ục đứ ng 18

1.3.2 M ộ t số loạ i tuabin tr ụ c đ ứ ng 20

1.3.3 So sánh gi a ki u tuabin tr ữ ể ục đứ ng ki u H (H-rotor), ki u Darrieus ể ể và tuabin tr c ngang ụ 23

Chương 2 LÝ THUYẾT TUABIN GIÓ TRỤC ĐỨNG 25

2.1 Tam giác v ậ n tố c và v ậ n tốc tớ i profil cánh 25

2.2 H s v ệ ố ậ n tố c cánh (t t ỷ ố c) 26

2.3 L c nâng và l ự ự c cả 27 n 2.4 Momen quay và công su t ấ 28

2.5 S Bezt gi i h ố ớ ạ n 30

2.6 H s c ệ ố ứ ng vững 31

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH VÀ KẾT QU NG D NG 33 Ả Ứ Ụ 3.1 Phương pháp và mô hình tính toán 33

3.2 K t qu mô ph ng s 36 ế ả ổ ố 3.2.1 K t qu trên m u NACA0012 vế ả ẫ ới trườ ng hợp 2 cánh 36

3.2.2 K t qu trên m u NACA4412 v ế ả ẫ ới trườ ng h p 2 cánh ợ 47

3.2.3 K t qu trên m u NACA0012 v ế ả ẫ ới trườ ng h p 3 cánh( R=1m, v=5m/s, ợ

=5rad/s) 51 3.2.3 K t qu ên m u NACA0012 v ế ả tr ẫ ới trườ ng h p 4 cánh( R=1m, v=5m/s, ợ

=5rad/s) 53

3.3 Phân tích k t qu 55 ế ả

3.2.1 Tính ch t không d ấ ừ ng củ a chuy ển độ ng (ph thu ụ ộ c thờ i gian) 55

3.2.2 Ảnh hưở ng c a s cánh t i mômen và công su t c a tuabin gió ủ ố ớ ấ ủ 59

3.2.3 Ảnh hưở ng h s v ệ ố ận tố c cánh 61

3.2.4 Đánh giá ảnh hưở ng c a profil cánh 64 ủ

Chương 4 KẾ T LU N VÀ HƯ NG NGHIÊN C U TI P THEO 66 Ậ Ớ Ứ Ế

KẾ T LUẬN 66

HƯỚNG NGHIÊN C U TI P THEO 66 Ứ Ế

TÀI LIỆU THAM KH O 67Ả

DANH MỤC HÌNH V Ẽ

Hình 1.1 B ản đồ ậ ốc gió theo mùa v n t

Hình 1.2 Phân loại tua bin gió

Hình 1.3 Tua bin Darrieus

Hình 1.4 Tua bin Savonius

Hình 1.5 Tua bin Giromill (H-rotor)

Hình 1.6 Tuabin trục đứ ng ki u H, ki u Darrieus, ể ể

tuabin trụ c ngang (t trái qua ph i) ừ ả

Hình 2.1 Nguyên lý làm vi c c ệ ủ a tuabin gió tr c đ ng ụ ứ

Hình 2.2 Tam giác vậ ố n t c tại vị trí v n t c gió vuông góc v i profil cánh và ậ ố ớ   0

Hình 3.1 Biên dạng lá cánh - Naca 0012 và Naca 4412

Hình 3.2 Lưới tuabin 2 cánh đượ c xây d ng trên Gambit ự

Hình 3.3 Trườ ng v n t c và hình nh v t t i góc ậ ố ả ế ạ  = 45 o và  = 135 o

Hình 3.4 Thông số ủ c a tuabin gió tr c đ ng (hai v ụ ứ ị trí “hãm” củ a cánh)

Hình 3.5 Vết khí độ ng và xoáy t i ạ  = 90 o và  = 270 o

Hình 3.5 b: Trườ ng v n t c ậ ố ở các góc phương vị khác nha u ( t ạ i các th i đi m ờ ể khác nhau)

Hình 3.5c : Lướ ủa mô hình sau khi chia đượ ạ i c c t o trên Gambit Naca4412

Hình 3.5d : Lướ ủa mô hình sau khi chia đượ ạ i c c t o trên Gambit Naca0012 3 cánh Hình 3.5e : Lướ ủa mô hình sau khi chia đượ ạ i c c t o trên Gambit Naca0012 4 cánh Hình 3.6 Mô men quay c a tuabin t ủ ại 3 vòng quay đầ u (tuabin 2 cánh, Naca 0012, R=1m, v=5m/s, =5rad/s)

Hình 3.7 Mô men quay c a tuabin t ủ ại 3 vòng quay đầ u (tuabin 2 cánh, Naca 0012, R=1m, v=5m/s, =5rad/s)

Hình 3.8 Mô men quay c a tuabin t ủ ại 3 vòng quay đầ u (tuabin 2 cánh, Naca 0012, R=1m, v=5m/s, =5rad/s)

DANH M C B NGỤ Ả

B ảng 1.1 Mườ i nư ớ c có s ản lượng điệ n gió l n nh t (cu ớ ấ ối năm 2012) [1]

B ng 1.2: Ti ả ềm năng gió củ a Vi t Nam cao 80m so v ệ ở độ ớ i mặ ấ t đ t

B ng 1.3: So sánh tuabin ả trục đứ ng (VAHT) ki u H và Darrieur và tuabin tr ể ục ngang HAWT (Eriksson et al , 2008)

B ng 3.1a: Thông s s ả ố ố đầu vào điề u ki n biên m u cánh NACA 0012 ệ ẫ

B ng 3.3: Mô men quay c a tuabin t ả ủ ại 3 vòng quay đầ u (tuabin 3 cánh, Naca 0012, R=1m, v=5m/s, =5rad/s)

B ng 3.4: Mô men quay c a tuabin t ả ủ ại 3 vòng quay đầ u (tuabin 4 cánh, Naca 0012, R=1m, v=5m/s, =5rad/s)

B ng 3.5 So sánh công su t trung bình ph thu ả ấ ụ ộc vào số cánh (Naca 0012, R=1m,

v=5m/s, =5rad/s, =1)  

B ng 3.6 So sánh công su t trung bình ph thu ả ấ ụ ộc vào hệ ố ậ ốc (Naca 4412, s v n t

R=1m, v=5m/s,)

DANH MỤC KÝ HI U Ệ

Ký hi u ệ Tên ng vi t tiế ệ Tên ti ng Anh ế

α Góc tấn v i vậ ốớ n t c tổng h p Angle of Attack with resultant ợ

air velocity

ω V n t c góc c a tuabin ậ ố ủ Angular velocity

λ H s v n tệ ố ậ ốc đầu cánh Tip speed ratio

M Ở ĐẦU

N n kinh t ề ế Việt Nam đang tăng trưởng m nh nên nhu c u v ạ ầ ề năng lượng s ẽtăng rất nhanh trong th i gian tờ ới Các nhà máy điện đang được đầu tư xây mới nhưng cũng không đủ đáp ứng nhu cầu điện trong nước Hơn nữa th i ti t ngày ờ ếcàng kh c nghi t d báo là ngàắ ệ ự nh điện s g p r t nhiẽ ặ ấ ều khó khăn do thủy điện thiếu nước, nguồn tài nguyên khác đang cạn ki t Nên vi c tệ ệ ạo ra điệ ừ ộn t m t ngu n cung ồ

c p vô t n, thân thi n vấ ậ ệ ới môi trường là gió là một hướng đi rất nhi u tri n v ng, ề ể ọđược nhà nước khuy n khích phát tri n ế ể

Nghiên c u c a Ngân hàng Th gi i ch ra r ng Viứ ủ ế ớ ỉ ằ ệt Nam là nước có tiềm năng gió l n nh t trong bớ ấ ốn nước trong khu vực: hơn 39% tổng di n tích c a Vi t Nam ệ ủ ệđược ước tính là có tốc độ gió trung bình hàng năm lớn hơn 6 m/s ở độ cao 65 m, tương đương vớ ổi t ng công suất 512 GW Đặc biệt, hơn 8% diện tích Vi t Nam ệđược x p h ng có tiế ạ ềm năng gió rấ ốt t t

Dùng tuabin gió lo i nh ạ ỏ phát điện cho h ộ gia đình trong thành phố, khu dân cư

là bi n pháp r t kh thi và hi u qu Ngoài ra còn có th dùng tuabin gió k t hệ ấ ả ệ ả ể ế ợp

v i h ớ ệthống pin m t trặ ời để ấp điệ c n chi u sáng cho chiế ếu sáng đô thị ven bi n hay ểcác trục đường cao tốc Hơn nữ ắp đặa l t hệ ống này cũng làm cho cả th nh quan các ởthành ph du lố ịch đẹp, thân thiện môi trường hơn Rất thích hợp để ắp đặ l t tua-bin gió nhỏ ở những vùng có lưới mini độ ậ – đó là các đảo và vùng núi, nơi mà c l p không có lưới điện qu c gia ố

Hiện nay trên th gi i lo i tua bin gió trế ớ ạ ục đứng lo i công su t nh lạ ấ ỏ ắp đặt ph c ụ

v nhu c u h ụ ầ ộ gia định và chiếu sáng đô thị đang được chú tr ng phát tri n Canada, ọ ể

M và trung qu c là các quỹ ố ốc gia đi đầu v khai thác th ề ị trường này, nhu c u s ầ ử

d ng lo i tua bin c nh ụ ạ ỡ ỏ đang tăng lên rất nhanh do tính hi u qu ệ ả trong phát điện và

hi u qu ệ ả đầu tư kinh tế

Loại tuabin gió tr c đ ng công su t nhỏụ ứ ấ có nhi u ề ưu điểm như: Có thể phát điện

ở ậ ố v n t c gió khá th p v i hi u su t cao và kh ấ ớ ệ ấ ả năng cân bằng khá t t nên chi phí ố

s n xuả ất trụ ẻ hơn rấ r t nhi u so về ới loại tuabin gió tr c ngang ụ

Hơn nữa lo i tuabin c nh lo i này r t phù hạ ỡ ỏ ạ ấ ợp để cung c p cho nhu c u dung ấ ầ

đ ệi n c p h ấ ộ gia đình và lưới điện mini độ ập Do có ưu điểc l m v k t cề ế ấu đơn giản

d ễchế ạ t o nên hoàn toàn có kh ả năng sản xuất được trong nước và có th c nh tranh ể ạ

với các sản ph m cùng loẩ ại của nước ngoài

Do v y viậ ệc đầu tư nghiên cứu để đưa ra thị trường ph c v nhu c u cho nhân ụ ụ ầdân là r t kh thi và h t s c c n thi t Cho nên tác gi xin chấ ả ế ứ ầ ế ả ọn đề tài: “Tính toán khí độ ng h c tuabin gió tr ọ ục đứng” Trên th gi i, nhiế ớ ều nước có s phát tri n ự ể

m nh lo i tuabin gió trạ ạ ục ngang, vài năm gần đây mới bắt đầu b t tay vào nghiên ắ

c u phát tri n lo i tua bin gió trứ ể ạ ục đứng Do thời gian và điều ki n h n ch trong ệ ạ ế

m t luộ ận văn thạc sĩ, tác giả xây d ng mô hình trên máy tính, tính toán mô ph ng ự ỏ

b ng ph n m m Fluent-Ansys k t h p v i l p trình tính toán nh T ằ ầ ề ế ợ ớ ậ ỏ ừ đó tiến hành phân tích và so sánh để đưa ra những l a ch n tự ọ ối ưu, làm cơ sở cho vi c tính toán ệthi t kế ế và ch t o m u th nghiế ạ ẫ ử ệm trong các giai đoạn ti p theo ế

- Tính toán đặc trưng khí động c a cánh ủ

- 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 c u: tuabin trứ ục đứng d a trên nguyên lý lự ực nâng dạng 2D

- Lý thuyết khí động l c hự ọc profil cánh, cánh và lưới cánh

- Thử nghi m mô hình b ng mô ph ng s trên ph n m m Ansys ệ ằ ỏ ố ầ ề

Nội dung của luận văn được phân thành 4 chương chính:

M u ở đầ

Chương 1: Tổng quan nghiên c u tuabin gió ứ

Chương 2: Cơ sở lý thuy t c a tuabin gió trế ủ ục đứng

Chương 3: Phương pháp tính và kết qu ng d ng ả ứ ụ

K t lu n ế ậ

Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN C U Ứ

1.1 Tình hình năng lượng gió trên th gi i và Vi t Nam ế ớ ở ệ

1.1.1 T ng quan v ổ ề năng lượ ng gió

S ự hình thành năng lượ ng gió

B c x M t Tr i chi u xu ng b m t ứ ạ ặ ờ ế ố ề ặ Trái Đấ không đồng đềt u làm cho b u khí ầquyển, nước và không khí nóng không đều nhau M t n a b m t cộ ử ề ặ ủa Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khu t không nhấ ận được b c x c a M t Trứ ạ ủ ặ ời và thêm vào đó là bức

x M t Trạ ặ ời ở các vùng g n ầ xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau

v nhiề ệt độ và vì th là khác nhau v áp su t mà không khí giế ề ấ ữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa m t ban ngày và mặ ặt ban đêm của Trái Đất di động t o ạthành gió Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào vi c làm xoáy không khí và vì trục ệquay của Trái Đất nghiêng đi (so với m t ph ng do quặ ẳ ỹ đạo Trái Đấ ạt t o thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa

B c x M t Tr i chi u xu ng b m t ứ ạ ặ ờ ế ố ề ặ Trái Đấ không đồng đềt u làm cho b u khí ầquyển, nước và không khí nóng không đều nhau M t n a b m t cộ ử ề ặ ủa Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khu t không nhấ ận được b c x c a M t Trứ ạ ủ ặ ời và thêm vào đó là bức

x M t Trạ ặ ời ở các vùng g n ầ xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau

Hình 1.1 Bản đồ ậ ố v n t c gió theo mùa

v nhiề ệt độ và vì th là khác nhau v áp su t mà không khí giế ề ấ ữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa m t ban ngày và mặ ặt ban đêm của Trái Đất di động t o ạthành gió Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào vi c làm xoáy không khí và vì trục ệquay của Trái Đất nghiêng đi (so với m t ph ng do quặ ẳ ỹđạo Trái Đấ ạt t o thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa

Do b ị ảnh hưởng b i hi u ng Coriolis ở ệ ứ đượ ạc t o thành t s quay quanh trừ ự ục

của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp th p không chuyấ ển động thắng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau gi a B c bán c u và ữ ắ ầNam bán c u N u nhìn t ầ ế ừ vũ trụ thì trên B c bán c u không khí di chuy n vào mắ ầ ể ột vùng áp th p ng c v i chiấ ượ ớ ều kim đồng h và ra kh i m t vùng áp cao theo chiồ ỏ ộ ều kim đồng h Trên Nam bán c u thì chiồ ầ ều hướng ngượ ạc l i

Ngoài các y u t có tính toàn cế ố ầu trên gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa hình tại

từng địa phương Do nước và đất có nhi t dung ệ khác nhau nên ban ngày đất nóng lên nhanh hơn nước, t o nên khác bi t vềạ ệ áp su t và vì th có gió th i từ ểấ ế ổ bi n hay h ồvào đất liền Vào ban đêm đất li n nguề ội đi nhanh hơn nước và hi u ng này x y ra ệ ứ ảtheo chiều ngược lại [1]

S d ử ụng năng lượ ng gió

Năng lượng gió đã được s d ng t hử ụ ừ ằng trăm năm nay Con người đã dùng năng lượng gió để di chuy n thuy n bu m hay khinh khí c uể ề ồ ầ , ngoài ra năng lượng gió còn đượ ử ụng để ạ công cơ ọc s d t o h c nh vào các c i xay gió ờ ố

Ý tưởng dùng năng lượng gió để ả s n xu t đi n hình thành ngay sau các phát ấ ệminh ra điện và máy phát điệ Lúc đần u nguyên t c c a c i xay gió ch ắ ủ ố ỉ được bi n ế

đổi nh và thay vì là chuyỏ ển đổi động năng của gió thành năng lượng cơ học thì dùng máy phát điện để ả s n xuất năng lượng điện Khi b môn ộ cơ học dòng ch y tiếp ả

t c phát tri n thì các thi t b xây d ng và hình dáng c a các cánh quụ ể ế ị ự ủ ạt cũng được chế ạo đặ t c biệt hơn Ngày nay người ta gọi đó ố tu c bin gió, khái ni m c i xay gió ệ ốkhông còn phù h p n a vì chúng không còn có thi t b nghi n T sau nh ng cuợ ữ ế ị ề ừ ữ ộc

nguồn khác được đẩy m nh trên toàn th gi i, k c vi c phát tri n các tu c bin gió ạ ế ớ ể ả ệ ể ố

hiện đại [1]

1.1.2 Tình hình s d ử ụng năng lượ ng gió trên th gi i ế ớ

Tính đến cuối năm 2012 thế ới đã có trên 200.000 tuabin đang hoạt độ gi ng v i ớ

t ng kho ng 282,587 ổ ả MW điện gió Và hàng năm công suất lắp đặt luôn tăng

B ảng 1.1 Mườ i nư ớ c có s ản lượng điệ n gió l n nh t (cu ớ ấ ối năm 2012) [1]

capacity (MW)

Windpower total capacity

1.1.3 Tiềm năng và tình hình khai thác năng lượng gió ở Việ t Nam

a Ti ềm năng năng lượ ng gió ở Việ t Nam

M t s nghiên cộ ố ứu đánh giá cho thấy Vi t Nam có tiệ ềm năng gió để phát tri n ểcác d ự án điện gió v i quy mô l n là r t kh thi Bớ ớ ấ ả ản đồ tiềm năng gió của Ngân hàng Th giế ới8 (Worldbank, 2001) được xây d ng cho bự ốn nước trong khu vực Đông Nam Á (gồm: Vi t Nam, Cam- -chia, Lào, và Thái Lan) dệ pu ựa trên phương pháp mô ph ng b ng mô hình s khí quy n Theo k t qu t bỏ ằ ố trị ể ế ả ừ ản đồ năng lượng gió này, tiềm năng năng lượng gió cao 65 m c a Vi t Nam là l n nh t so vở độ ủ ệ ớ ấ ới các nước khác trong khu v c, v i tiự ớ ềm năng năng lượng gió lý thuyết lên đến 513.360 MW Nh ng khu vữ ực được h a h n có tiứ ẹ ềm năng lớn trên toàn lãnh th là ổkhu v c ven bi n và cao nguyên mi n nam Trung B và Nam B Tuy nhiên, các ự ể ề ộ ộ

k t qu mô phế ả ỏng này được đánh giá là khá khác biệt so v i k t qu tính toán dớ ế ả ựa trên s u quan tr c c a EVN, s khác bi t này có th là do sai s tính toán mô ố liệ ắ ủ ự ệ ể ố

ph ng ỏ

Năm 2007, EVN cũng đã tiến hành nghiên cứu đánh giá tiềm năng gió, xác định các vùng thích h p cho phát triợ ển điện gió trên toàn lãnh th v i công su t k ổ ớ ấ ỹthuật 1.785 MW9 Trong đó miền Trung B ộ được xem là có tiềm năng gió lớn nh t c ấ ảnước v i kho ng 880 MW t p trung hai t nh Quớ ả ậ ở ỉ ảng Bình và Bình Định, tiếp đến vùng có tiềm năng thứ hai là mi n Nam Trung B v i công su t kho ng 855 MW, ề ộ ớ ấ ả

t p trung hai t nh Ninh Thu n và Bình Thu n ậ ở ỉ ậ ậ

Ngoài ra, B ộ Công thương và Ngân hàng Thế ới (2010)11 đã tiế gi n hành cập

nh t thêm s u quan trậ ố liệ ắc (đo gió ở 3 điểm) vào bản đồtiềm năng gió ở độ cao 80

m cho Vi t Nam K t qu cho th y tiệ ế ả ấ ềm năng năng lượng gió cao 80 m so vở độ ới

b mề ặ ất đ t là trên 2.400 MW (tốc đ gió trung bình năm trên 7 m/s) [1]ộ

B ng 1.2 Ti ả ềm năng gió củ a Vi t Nam cao 80m so v i m ệ ở độ ớ ặ ấ t đ t

b Các tr ạ m đi ện năng lượng gió đã và đang đượ c xây dự ng ở Việ t Nam

Hiệ ạn t i Vi t Nam có t t c 20 d án di n gió v i d ki n s n xụất 20 GW ệ ấ ả ự ệ ớ ự ế ảNguồn điện gió này s k t nẽ ế ối với hệ ống điện lướ th i qu c gia và s ố ẽ được phân ph i ố

và qu n lý b i Tả ở ổng Công Ty Điện L c Vi t Nam Trong th i gian qua (tháng 4 ự ệ ờnăm 2004) , Việt Nam đã lắp đặt trạm năng lượng gió công suất 858KW trên đảo

Bạch Long Vĩ do chính phù tài tr và các t ợ ổ máy được ch t o b i hãng Technology ế ạ ở

SA (Tây Ban Nha) Ngoài ra Trung Tâm Năng Lượng Tái T o và Thi t B Nhi t ạ ế ị ệ(RECTARE) Đại h c Bách Khoa tp H ọ ồ Chí Minh đã lắp đặt trên 800 tuabin gió trong hơn 40 tỉnh thành v i s tài tr c a Hi p h i Vi t Nam Thớ ự ợ ủ ệ ộ ệ – ụy Sĩ tập trung nhi u nh t gề ấ ần Nha Trang, trong đó có gần 140 tuabin gió đã hoạt động C n Gi Ở ầ ờthành ph H Chí Minh v i s h cố ồ ớ ự ỗtrợ ủa Pháp cũng đã lắp đặt được 50 tuabin gió Tuy nhiên những tuabin gió trên đều có công su t nh kho ng vài KW mấ ỏ ả ức độthành công không cao vì không được bảo dưỡng thường xuyên theo đúng yêu cầu Tháng 8-2008 Fuhrlaender AG, m t tộ ập đoàn sản xuất tuabin gió hàng đầu của Đức đã bàn giao 5 tổ máy (cánh qu t gió) s n xuạ ả ất điện gió đầu tiên cho d ự án điện gió t i Tuy Phong , Bình Thu n v i m i t máy có công suạ ậ ớ ỗ ổ ất 1.5MW (cũng xin ghi

nhận nơi đây thời tiết ở Tuy Phong rất khô khan, nhưng có nhiều n ng vá gió Tắ ốc

độ gió trung bình ở đây là 6.7 m/s) Tổ máy đầu tiên đượ ắp đặc l t vào tháng

11-2008 và chính th c hòan thành k t nứ ế ối vào điện lưới quốc gia vào tháng 8 năm

2009

Toàn b ộthiế ị ủt b c a 15 t máy còn l i cổ ạ ủa giai đọan 1 s ẽ được hoàn thành trong thời gian s p tắ ới để hòan t t vi c lấ ệ ắp đặt toàn b 20 t ộ ổ máy cho giai đọan 1 T ng ổcông su t cấ ủa nhà máy điện gió t i Bình Thuạ ận trong giai đoạn này là 30MW do Công Ty C ổ Phần Năng Lượng Tái t o Vi t Nam (REVN) làm ch ạ ệ ủ đầu tư Thời gian hoạt động c a d ủ ự án là 49 năm Nhà máy được xây d ng trên di n tích 328ha ự ệTheo k hoế ạch giai đoạn 2 s m rẽ ở ộng sau đó với công su t lên 120MW -ấ Tháng 10-2008 t i Hà Nạ ội đã diễn ra l ký k t gi a Tễ ế ữ ổng Công Ty Điện L c D u Khí Viự ầ ệt Nam (PV Power) thu c Tộ ập Đoàn Dầu Khí Vi t Nam và Tệ ập Đoàn Luyện Kim của Argentina Industrias Metallurgica Pescamona S.A.I.yF (IMPSA) thỏa thu n chi ti t ậ ế

v vi c s n su t và phát tri n các d ề ệ ả ấ ể ự án điện gió và thủy điệ ạn t i Vi t Nam Hai bên ệ

đã đồng ý góp vốn để kinh doanh và thương mại hóa tuabin gió, phát tri n và qu n ể ả

lý các d ự án điện gió, cung c p các d ch v b o trì, s a ch a các thi t b ấ ị ụ ả ử ữ ế ị điện gió ởViệ Nam Hai bên cũng đã kí thỏt a thu n h p tác triậ ợ ển khai nhà máy điện gió công suất 1 GW trên di n tích 10.000 ha n m cách xã Hòa Th ng huyệệ ằ ắ n B c Bình t nh ắ ỉBình Thu n kho ng 6 km v ậ ả ề hướng đông bắc Nhà máy s ẽ đượ ắp đặc l t tuabin gió IMPESA Unipower IWP Class II công su t 2,1MW các t máy g m nhi u tuabin – ấ ổ ồ ềgió cho phép s n xuả ất 5,5 Gwh/năm Dự kiế ổn t ng vốn đầu tư cho dự án là 2,35 t ỷUSD trong 5 năm Hai bên cũng thỏa thu n v d án s n su t tuabin gió công su t ậ ề ự ả ấ ấ2MW có s i cánh qu t dài 80m cho Vi t Nam và cho xu t kh u - ả ạ ệ ấ ẩ Những đế án khác ch ng hẳ ạn như: Phương Mai - Quy-Nhơn với công xu t 2,5 MW do chuyên ấviên tập đòan Avantis Energy Group; hai đề án v i công xu t 150 MW & 80 MW ớ ấ

t i tạ ỉnh Lâm Đồng đang được tích c c tri n khai; Công ty Thự ể ụy Sĩ Aerogie Plus Solution AG lắp đặt nhà máy điện gió có công xu t 7,5 MW k t h p vấ ế ợ ới động cơ diesel tại Côn Đảo , t nh Bà R a- ỉ ị Vũng Tàu [2]

Máy phát điện b ng s c gió bao g m m t s b phằ ứ ồ ộ ố ộ ận khác nhau Nhưng thành

ph n quan tr ng nh t v n là ầ ọ ấ ẫ motor điện m t chi u; lo i dùng nam châm b n và cánh ộ ề ạ ềđón lấy gió Còn l i là các b ph n khác ạ ộ ậ như: đuôi lái gió, trục và cột để ự d ng máy phát, b phộ ận đổi dòng điện để ợ h p v i bình c qui và cu i cùng là 1 chiớ ắ ố ếc máy đổi điện (inverter) để chuyển điệ ừ ắn t c quy thành điện xoay chi u thông d ng ề ụ

Máy phát điện turbine gió thường s d ng máy phát là lo i xoay chi u có nhi u ử ụ ạ ề ề

c p c c do kặ ự ết cấu đơn giản và phù hợp đặc điểm tốc độ thấ ủp c a turbine gió

Các máy phát điện s d ng ử ụ năng lượng gió thường được xây d ng g n nhau và ự ầđiện năng sản xuất ra được hòa vào mạng điệ chung sau đó biến đổi để có đượn c nguồn điện phù h p Vi c s dợ ệ ử ụng ăc quy để lưu giữ nguồn điện phát ra ch s d ng ỉ ử ụcho máy phát điện đơn lẻ và cung c p cho h tiêu th nh ấ ộ ụ ỏ (gia đình) Việc lưu điện vào ắc quy và sau đó chuyển đổ ại thười l ng cho hi u su t thệ ấ ấp hơn và chi phí cao cho bộ lưu điện tuy nhiên có ưu điểm là ổn định đầu ra

Ngoài ra còn có một cách lưu trữ năng lượng gió khác Người ta dùng cánh quạt gió truyền động tr c tiự ếp vào máy nén khí Năng lượng gió s ẽ được tích tr trong h ữ ệthống r t nhiấ ều bình khí nén Khí nén trong bình sau đó sẽ đượ ần lượt bung ra đểc lxoay động cơ vận hành máy phát điện Quá trình n p khí và x ạ ả khí được luân phiên giữa các bình, bình này đang xả thì các bình khác đang được n p b i cánh qu t gió ạ ở ạĐiện s ẽ đượ ổc n d nh liên t c ị ụ

Hiện nay trên th giớế i có nhi u cách phân loề ại tuabin gió nhưng dễ dàng nh t là ấphân lo i theo nguyên lý hoạ ạt động thì tuabin gió chia làm hai lo i chính là tuabin ạgió tr c ngang và tua bin trụ ục đứng Đố ới v i m i lo i lỗ ạ ại có đặc điểm, ưu và nhược điểm khác nhau tùy vào d i công suả ất, tốc độ gió…

ng (b) tuabin gió tr c ngang

Hình 1.2 Phân loại tua bin gió

1.3 T ng quan so sánh tuabin gió trổ ụ c đ ứng và tuabin gió tr c ngang ụ

1.3.1 Ưu và nhược điể m c a tuabin gió tr ủ ục đứ ng

Tuabin gió trục đứng (VAWT: Vertical Axis Wind Turbine) là m t lo tuabin ộ ại gió mà rôto trục chính được đặt thẳng đứng và các thành phần chính được đặt ở

phần đế ủ c a tuabin M t trong nhộ ững ưu điểm c a k t củ ế ấu này là máy phát điện

và h p s có th ộ ố ể được đặt ngay g n mầ ặ ất đ t vì th ế chúng được v n hành và s a chậ ử ữa

d dàễ ng hơn, độ ữ v ng cao và VAWT không b ph ị ụthuộc vào hướng gió [3]

Các thi t k ế ế ban đầu c a các tuabin gió trủ ục đứng (Savonius, Darrieus và Giromill) v n còn có nh ng mẫ ữ ặt hạn ch là có th t o ra các mômen xo n trong mế ể ạ ắ ỗi vòng quay và mômen u n trên các cánh là r t l n Các thi t k ố ấ ớ ế ế sau đó cũng đã giải quy t vế ấn đề ề v mô men xo n này b ng cách s d ng các cánh có biên d ng xoắ ằ ử ụ ạ ắn

g n giầ ống như tua bin nước của Gorlov

So v i các tua bin gió tr c ngang truyớ ụ ền th ng (HAWT: Horizontal Axis Wind ốTurbine) thì VAWT cũng đã có một số ưu điểm trội hơn như sau:

- Chúng có th ể đượ ắp đặc l t thành m t vòng khép kín v i nhau trong các ộ ớtrang tr i gió và cho phép lạ ắp đặt vớ ố lượi s ng nhiều hơn trong một không gian nhất định Điều này không có nghĩa là vì VAWT có kích thước nh ỏ hơn, mà là do loại HAWT có hi u ng ch m trên không trung nên bu c các nhà thi t k phệ ứ ậ ộ ế ế ải đặt tách biệt chúng bằng mườ ầi l n chi u r ng c a chúng ề ộ ủ

- VAWT c ng v ứ ững hơn, không gây ồn, có kh ả năng phát điện mà không ph ụthuộc vào hướng gió, và chúng không gây nên ng su t l n cho k t cứ ấ ớ ế ấu giá đỡ [4] [5]

- Các cánh c a tuabin trủ ục đứng quay v n t c thở ậ ố ấp hơn so với lo i tr c ngang, ạ ụnên gi m thi u vi c gây hả ể ệ ại cho chim

- Do b ph ộ ận phát điện có th t g n mể đặ ầ ặt đất nên vi c bệ ảo dưỡng d dàng và ễ

vi c khệ ởi động không c n phầ ải có lượng gió l n nên có thớ ể được đặt trên ng khói ố

hoặc các cấu trúc cao tầng tương tự [6]

Nhưng bên cạnh đó VAWT vẫ ồ ạn t n t i những nhược điểm:

- VAWT có xu hướng b ng ng làm viị ừ ệc theo hướng gió

- VAWT có m t chi u cao l ộ ề ắp đặ ớt v i gi i h n th p, vì th nó v n hành trong ớ ạ ấ ế ậmôi trường có t c đ gió th p [7] ố ộ ấ

- Các cánh của VAWT có xu hướng b mị ỏi giống như lưỡi dao quay quanh trục trung tâm Các cánh làm việc theo phương thẳng đứng có th b xo n và b cong khi ể ị ắ ịchúng quay trong gió Điều này khi n các cánh d b u n cong và n t [8] ế ễ ị ố ứ

M c dù v n còn nh ng t n tặ ẫ ữ ồ ại nhưng so sánh trên nhiều phương diện thì các tua bin gió trục đứng VAWT vẫn được đưa vào sử ụd ng nhi u và ngày nay các ềnhà thi t kế ế đã và đang không ngừng nghiên c u nhứ ững thay đổi v k t c u, biên ề ế ấ

dạng cánh để VAWTs có th làm viể ệc được theo đa hướng gió và sao cho chúng

đón được gió nhi u nh t phía thu n và c n gió ít nh t phía ngh ch nh m nâng ề ấ ở ậ ả ấ ở ị ằcao hiệu su t phát đi n ấ ệ

1.3.2 M ột số loạ i tuabin tr ụ c đ ứ ng

Tuabin gió trục đứng đựa chia ra làm hai lo i: m t d ng hoạ ộ ạ ạt động theo nguyên

lý lực nâng và một lo i theo nguyên lý lạ ực cản

a Tuabin Darrieus

Tua bin này bao g m m t s ồ ộ ố cánh thường có phương thẳng đứng được g n ắtrên m t tr c quay ho c khung V i thi t k c a lo i tuabin gió này Georges ộ ụ ặ ớ ế ế ủ ạJeanMarie Darrieus, mộ ỹ sư hàng không Pháp đã đượt k c c p b ng sáng ch ấ ằ ế năm

1931 Trên lý thuyết các lo i Darrieus có hi u qu giạ ệ ả ống như các loại chong chóng

n u tế ốc độ gió là không đổi, nhưng trong thự ế ệc t hi u qu này là r t hi m do áp lả ấ ế ực

v ề tính năng vật lý, nh ng h n ch trong thữ ạ ế ực tế thiế ết k và s bi n thiên c a tự ế ủ ốc độ

Hình 1.3 Tuabin Darrieus

gió Ngoài ra còn có những khó khăn chủ ế y u trong vi c b o v các tuabin gió ệ ả ệDarrieus bởi gi i ớ h n cạ ủa sức gió và khả năng tự khở ội đ ng

Loại tuabin này cũng là một trong nh ng lo i VAWT ph bi n nhữ ạ ổ ế ất và nó cũng

là loại được s d ng khử ụ ởi điểm cho vi c nghiên c u nh m nâng cao hi u qu cệ ứ ằ ệ ả ủa các loại VAWT được thi t kế sau này ế

Ưu điểm c a tuabin Darrieus là có th hoủ ể ạt động với các hướng gió khác nhau, không cần kích thước cánh l n, các thi t b ớ ế ị như hộp s , máy phát có th t g n mố ể đặ ầ ặt

đất, thu n l i cho vi c bậ ợ ệ ảo dưỡng và s a ch a Nó có kh ử ữ ả năng làm việc v i tớ ốc độcao và công su t l n ho c trung bình Tuy nhiên nó lấ ớ ặ ại có nhược điểm là không th ể

t khự ở ộng đượi đ c mà c n ph i có m t nguầ ả ộ ồn năng lượng cung c p ngoài ấ

b Tuabin Savonius

Tua bin Savonius là m t lo i VAWT c n vì v y nó không th ộ ạ ả ậ ể quay nhanh hơn

tốc độ gió Điều này có nghĩa là tỷ ệ ốc độ đầ l t u b ng 1 ho c nh ằ ặ ỏ hơn, khiến cho tuabin này không phù h p cho viợ ệc phát điện Hơn nữa, hi u qu là r t th p so vệ ả ấ ấ ới các loại khác, do đó, nó có thể được s d ng cho nhử ụ ững lĩnh vực khác, ch ng hẳ ạn như bơm nước ho c nghi n h t… ặ ề ạ

Ưu điểm l n nh t c a lo i tuabin này là s ớ ấ ủ ạ ự đơn giản, độ tin cậy cũng cao dù tốc

độ gió th p vì mômen xo n là r t l n Tuy nhiên mômen xo n không ph i là h ng ấ ắ ấ ớ ắ ả ằ

số, do đó đã có một số ải tiế c n v i hình d ng xo n ớ ạ ắ ốc được đưa vào sử d ng ụ

Hình 1.4 Tua bin Savonius

c Tuabin Giromill (tuabin ch ữ H)

Là m t lo i tuabin gió cánh thộ ạ ẳng, thường g i là Giromill hay H-rotor Nó là ọ

m t lo i tuabin gió có tr c thộ ạ ụ ẳng đứng được phát tri n b i Georges Darrieus vào ể ởnăm 1927 Loại VAWT này đã được nghiên c u b i nhóm nghiên c u cứ ở ứ ủa Musgrove tại Vương quốc Anh trong những năm 80

Trong nh ng tuabin ph bi n kiữ ổ ế ểu “ đánh trứng” của Darrieus thì các cánh thường được thay th b ng lo i thế ằ ạ ẳng đứng, g n li n v i tr c quay chính b ng các ắ ề ớ ụ ằgiá đỡ ngang Những tuabin này thường có 2 ho c 3 cánh th ng Vi c thi t k cánh ặ ẳ ệ ế ếGiromill đơn giản hơn nhi u cho vi c lề ệ ắp ráp nhưng kế ất c u chung l i nạ ặng hơn

ki u truyể ền th ng và yêu c u cánh ph i b n vố ầ ả ề ững hơn Máy phát điện c a các ủtuabin này được đặ ở dướt i chân c a tr c trung tâm vì v y mà nó có th nủ ụ ậ ể ặng hơn

và lớn hơn một máy phát điện thông thường c a m t HAWT và k t c u c a tr c ủ ộ ế ấ ủ ụquay chính có th ể chế ạ t o nh ẹ hơn Mặc dù giá thành ch t o r ế ạ ẻ hơn và việ ắc l p ghép d ễ dàng hơn so với m t tuabin Darrieus tiêu chuộ ẩn nhưng Giromill lại có hiệu suất thấp hơn và đòi hỏi phải có động cơ để khởi động Tuy nhiên, các tuabin này

có th ho ể ạt độ ng t ốt trong điề u ki n gió không ệ ổn định và đây cũng là mộ ự ựa t s l

ch ọ ố ể ử ụ n t t đ s d ng trong các khu v ự c mà lo ạ i HAWT không thích h p ợ

Hình 1.5 Tuabin Giromill (H-rotor)

1.3.3 So sánh gi a ki u tuabin tr ữ ể ục đứ ng ki u H (H-rotor), ki u Darrieus và ể ể

tuabin tr c ngang ụ

B ng 1.3: So sánh tuabin tr ả ụ c đ ứ ng (VAHT) ki u H và Darrieur và tuabin tr ể ục

ngang HAWT (Eriksson et al , 2008)

V trí máy phát ị Dưới m t đ t ặ ấ Dưới m t đ t ặ ấ Trên đỉnh tháp

Hình 1.6 Tuabin trục đứng ki u H, ki u Darrieus, ể ể

tuabin tr c ngang (t trái qua ph ụ ừ ả i)

T khự ở ội đ ng Không Không Có

Thông qua b ng phân tích 3 d ng tuabin trên, chúng ta th y r ng tuabin trả ạ ấ ằ ục

đứng hình ch H (H-rotor) có k t cữ ế ấu đơn giản nh t, thích h p nh t, và d dàng nh t ấ ợ ấ ễ ấ

để ử ụ s d ng và phù h p nh t cho 1 tuabin gió c nh n v a và do v y trong luận ợ ấ ỡ ỏ đế ừ ậvăn này tác giả nghiên c u v lo i tuabin này ứ ề ạ

Chương 2 LÝ THUYẾT TUABIN GIÓ TRỤC ĐỨNG

K t qu ế ả đạt được khi thu gom năng lượng gió yêu c u s hi u rõ b n ch t v t lý ầ ự ể ả ấ ậ

s ự tương tác giữa lu ng khí chuyồ ển động và các cánh roto S ựthuậ ợi củn l a vi c sệ ản

xuất năng lượng ph thu c vào s ụ ộ ự tương tác tối ưu ấy Lu ng gió bao g m thành ồ ồ

ph n dòng c nh và thành phầ ố đị ần thay đổi xung quanh dòng c ố định Trong chương này, hiện tượng khí động l c h c ph bi n c a tuabin gió trự ọ ổ ế ủ ục đứng s ẽ được làm làm rõ Lực khí động gây ra b i gió bi n thiên ngang (shear), tr c tuabin, roto quay, ở ế ụ

lực dao động ng u nhiên gây ra b i r i và ẫ ở ố ảnh hưởng khí động h c lên t t c nh ọ ấ ả ảhưởng đến độ ề b n m i mà m t tuabin ph i ch u Vỏ ộ ả ị ấn đề này v i m t tuabin gió là ớ ộ

r t ph c t p, và chúng ch ấ ứ ạ ỉ được d ự đoán bằng s hi u bi t v ự ể ế ề khí động học ở trạ ng thái hoạt động bình n M t ổ ộ ý tưởng v ề roto tuabin gió được ki m tra cùng v i dòng ể ớkhí xung quanh roto máy phát S ự phân tích để chứng minh lý thuy t gi i hế ớ ạn đặc tính của tuabin gió bằng phương pháp lý thuyết phầ ửn t cánh (phân t cánh) s ố ẽ được phát triển Hơn nữa, gi i pháp tính toán s cho thi t k ả ố ế ế khí động h c c a tuabin gió ọ ủ

s ẽ được thực hiện

2.1 Tam giác v ậ n tố c và v ậ n tốc tớ i profil cánh

Hình 2.1 Nguyên lý làm vi ệc củ a tuabin gió tr ụ c đ ứ ng

Tuabin gió trục đứng ki u ch H là lo i tuabin ph n l c làm vi c theo nguyên ể ữ ạ ả ự ệ

lý l c nâng Lự ực khí động ph thu c vào hình dụ ộ ạng khí động c a cánh và roto, vủ ới các kích thước đặc trưng: dạng proffil cánh, chi u dài dây cung c, chi u dài s i cánh ề ề ả(chiều cao roto h), bán kính roto R, s ố cánh Trường h p xét bài toán hai chi u, ợ ềchiều dài s i cánh không xét ả

Gọi vậ ố ớn t c t i profil cánh là w(vậ ốn t c hợp) được xác định là t ng c a v n t c ổ ủ ậ ốgió v và v n t c vòng ậ ố u:

trong đó: v là vậ ốc gió, được xét có hướng không đổn t i khi roto quay

u    R là vậ ốn t c vòng, có chiều ngược với chi u quay roto ềTrên hình 2.1, hướng v n t c gió ậ ố v đang ở ị v trí vuông góc v i profil cánh, nớ ếu roto không quay hoặc đang quay ở ậ ố v n t c góc thấp, thì đó là vị trí “hãm” của roto

vì lực nâng bằng 0, còn lực cả ớn l n nh ất:

o 90

w v u v   

Tuy nhiên, n u t i v trí v n t c gió ế ạ ị ậ ố v  (90o) với profil cánh, mà roto đang quay

t o nên m t giá tr ạ ộ ị tương đố ới l n c a v n c a v n t c vòng ủ ậ ủ ậ ố u, v n t c h p ậ ố ợ w t o ạnên m t góc tộ ới dương với profil cánh, tránh cho roto rơi vào trạng thái “hãm”

v



Đối v i tuabin trớ ục đứng như trên hình 2.1, vậ ốn t c vòng ch có m t giá tr là ỉ ộ ị

R  do cánh b trí song song v i tr c roto, nên không có khái niố ớ ụ ệm “hệ ố ậ ốc s v n tđầu mút cánh” như đối v i tuabin gió tr c ngang Tuy nhiên, v i tuabin gió tr c ớ ụ ớ ụ

đứng h s v n tệ ố ậ ốc cánh có ý nghĩa rất quan trọng, nó xác định các giá tr tị ối ưu của góc tới đố ới v i các profil cánh Hình 2.3 cho th y v n t c tấ ậ ố ới w thay đổ ải c giá tr , ịphương và chiều khi h s v n t c ệ ố ậ ố  có các giá tr khác nhau ị

2.3 L c nâng và l ự ự c cả n

Khi xác định được v n t c t i profil cánh ậ ố ớ w thì phương củ ực nâng đượa l c xác

định vuông góc v i v n t c t i, chi u c a l c nâng ph thu c vào giá tr góc t i ớ ậ ố ớ ề ủ ự ụ ộ ị ớ

L c cự ản cùng phương chiều v i v n t c t i Giá tr c a l c nâng L và l c c n D ớ ậ ố ớ ị ủ ự ự ảđược xác định theo:

2 L

2 D

Trong các công th c (2.4) và (2.5) giá tr c a h s l c nâng và h s l c c n có ứ ị ủ ệ ố ự ệ ố ự ảthể xác định b ng tính toán ho c th c nghiằ ặ ự ệm Đối v i tuabin gió, lớ ực khí động cũng như hệ ố ực khí độ s l ng ch u nhi u ị ề ảnh hưởng c a các y u t r t ph c t p khi ủ ế ố ấ ứ ạroto quay và s ự tương tác giữa các cánh với nhau Tương tác của dòng khí và cánh

t o nên nh ng v t và xoáy r t l n và bạ ữ ế ấ ớ ất ổn định Các v t này v a kéo dài, v a quay ế ừ ừ

và gây ảnh hưởng t i các cánh bên c nh ớ ạ

2.4 Momen quay và công su t ấ

Nếu xác định được h p l c F tác d ng ợ ự ụ

lên cánh (hình 2.5), thì momen tác d ng lên ụ

trục roto được xác định:

M Fl FRcos    (2.6)

Trong tính toán, l c F có th ự ể được

phân thành các l c thành phự ần để thu n lậ ợi

cho việc tính toán Thường có hai cách tách

l c thành phự ần, đó là tách thành lực hai

thành phân l c nâng L và l c c n D, ho c tách thành hai thành ph n l c pháp tuy n ự ự ả ặ ầ ự ế

FN và ti p tuyế ến FT (hình 2.6) Viết dưới dạng vectơ:

Trong mọi trường hợp, để xác định mômen c a m t lủ ộ ực đối v i tr c, c n xác ớ ụ ầ

định kho ng cách t tâm tả ừ ới đường tác d ng l c Mômen có chi u quay thu n có ụ ự ề ậ

dấu dương, mômen có chiề quay ngượu c có dấu âm và đóng vai trò là mômen cản Mômen quay c a tuabin là mủ ột đại lượng t c th i Trong m t chu kì quay 360ứ ờ ộ o, mômen c a các cánh có giá tr biủ ị ến đổi Tùy thu c vào s ộ ố lượng cánh, mômen t ng ổ

c a roto s ủ ẽ được xác định b ng phép c ng c a các mômen t c th i c a m i cánh ằ ộ ủ ứ ờ ủ ỗ

l ch pha nhau là ệ 2 / z  (z là s cánh cố ủa tuabin) Mômen trung bình được xác định

b ng trung bình tích phân c a mômen tằ ủ ức thời trong m t chu kì quay ộ

Công suất tham chiếu thường được xác định theo:

3 ref 0 sw 0

s ự tác động v i các dòng không khí xung quanh V nguyên t c, dòng ch y phớ ề ắ ả ải được duy trì Do đó, năng lượng tuabin thu nhận được b h n chị ạ ế Trong trường h p ợtoàn b ộ năng lượng gió được tuabin thu nh n, thì v n tậ ậ ốc gió đằng sau tuabin s ẽ

b ng không Muằ ốn cho dòng được cân b ng gi a kh i ằ ữ ố lượng và v n tậ ốc, năng lượng dòng qua tuabin phải bị ấ m t mát Làm phép biến đổi và đạo hàm để xác định cực trị,

Hình 2.7 Mô hình dòng qua roto của Bezt

năm 1927, Carl Betz đã đưa chứng minh hi u su t m t tuabin gió có th nhệ ấ ộ ể ận được

là không quá 0,593 so v i công suớ ất gió trong vùng quét c a roto ủ

3

0 sw

0,593

Như vậy, khi thay đổi di n tích b m t h ng gió c a cánh tua bin, thì hi u su t ệ ề ặ ứ ủ ệ ấ

s dử ụng năng lượng gió của tuabin thay đổi, tức là thay đổ ựi l c tác d ng lên cánh ụlàm quay tuabin Khi gió tăng tốc độ, năng lượng gió tăng lên, nhưng công suất trên trục tua bin hầu như không tăng lên [4]

V lý thuyề ết, s ố cánh tăng có thể làm tăng độ ứ c ng v ng cữ ủa roto, cũng như làm tăng mômen quay cho roto Tuy nhiên, trong thực tế ố s cánh nhi u t o nên nhi u về ạ ề ết

và nh ng vùng xoáy ữ ảnh hưởng r t nhi u t i lấ ề ớ ực khí động

Hình 2.8 là tổng k t m t sế ộ ố kinh nghiệm về ệ vi c l a chự ọn vùng làm vi c có hi u ệ ệsuất tốt theo t tỷ ốc đầu cánh