Bài giảng Cơ sở nguồn và công nghệ năng lượng: Chương 6 - PGS. TS. Phạm Hoàng Lương

Bài giảng Cơ sở nguồn và công nghệ năng lượng - Chương 6: Năng lượng gió, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Năng lượng và công suất; Hệ số công suất; Tỉ số tốc độ đầu cánh; Các cấu hình tua bin khác nhau; Các tua bin gió hiện đại; Điều khiển góc cánh và điều khiển dừng;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cơ sở nguồn và công nghệ năng lượng: Chương 6 - PGS. TS. Phạm Hoàng LươngHE4171 CƠ SỞ NGUỒN VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG ENERGY RESOURCE AND TECHNOLOGY BASICS 2(2-1-0-4) PGS. TS. PHẠM HOÀNG LƯƠNG Email: luong.phamhoang@hust.edu.vn Cell phone: 0904277121 1CHƯƠNG 6: NĂNG LƯỢNG GIÓ Năng lượng gió• Gió là sự dịch chuyển tuần hoàn của không khí trong khí quyển gây ra do sự nung nóng không đều bề mặt trái đất bởi mặt trời.Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làmcho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau. Mộtnửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhậnđược bức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ởcác vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khácnhau về nhiệt độ và vì thế là khác nhau về áp suất mà không khígiữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa mặt ban ngày vàmặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió. Trái Đất xoaytròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quaycủa Trái Đất nghiêng đi (so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạothành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòngkhông khí theo mùa• Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thắng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu. Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí di chuyển vào một vùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ. Trên Nam bán cầu thì chiều hướng ngược lại.• Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa hình tại từng địa phương. Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất nóng lên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từ biển hay hồ vào đất liền. Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước và hiệu ứng này xảy ra theo chiều ngược lạiĐiện năng của chúng ta có từ đâuNăng lượng gió có tốc độ tăng trưởng cao nhất trên thế giới hiện nay US installed capacity grew a WHOPPING 45% in 2007!!!• Chi phí lắp đặt tua bin gió giảm dần do • Tăng kích cỡ tua bin • Những tiến bộ mới trong nghiên cứu • Cải thiện khả năng chế tạo1979: 40 cents/kWh 2000: 4-6 cents/kWh NSP 107 MW Lake Benton wind farm 4 cents/kWh (unsubsidized) 2004: 3 – 4.5 cents/kWh Năng lượng và công suất• Năng lượng là khả năng sinh công• Năng lượng = Lực * Đường đi• Điện năng được đo bằng kWh• Công suất = Năng lượng / Thời gian• Công suất điện thường được đo bằng kW Động năng• Động năng là năng lượng của sự chuyển động 1 2 KE = mv 2• Phân tử không khí có khối lượng và gió là không khí chuyển động. Vì thế gió có động năng• Tua bin gió biến đổi động năng của gió thành cơ năng (quay rô to) m = rV• Khối lượng = khối lượng riêng * thể tích:• Động năng của 1m3 không khí chuyển động với tốc độ 5m/s theo Colorado là gì (r = 1 kg/m3)?Bảo toàn năng lượng và biến đổi năng lượng• Khi tuabin lấy động năng từ gió, tốc độ của gió bị giảm đi. 1 KE = mv 2 2• Một số động năng của gió được chuyển đổi thành cơ năng nghĩa là sự quay của roto tua bin• Một số động năng gió vẫn duy trì trong gió. KEwind in = KEturbine + KEwind out• Điều gì sẽ xảy ra nếu toàn bộ năng lượng gió được chuyển đổi? Năng lượng• Năng lượng của gió 1 Pwind = rAv 3 2 – r = mật độ không khí – v = tốc độ gió – A = Diện tích quét của roto (“swept area”) Năng lượng và công suất• Xem xét đơn vị trong công thức tính động năng :  m  kg m 2 2 KE = mv = kg  2  = 1 2 2  s  s2 Và đơn vị của công thức tính công suất : kg m 2  kg  2  m    3 1 s2 P = rAv =  3  m  3  = 3 2 m  s  s• Ta thấy: Công suất = (Năng lượng) / (Thời gian) và K lượng = (Mật độ)*(Thể tích) ...