MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 13 CÁC KÍ HIỆU SỬ DỤNG .15 LỜI MỞ ĐẦU 19 Chương 1: KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA TUA BIN GIÓ TRỤCNGANG.21 1.1 GIỚI THIỆU VỀ THUYẾT ĐỘNG LƯỢNG PHÂN TỐ CÁNH (BEM)………… 21 1.2 THUYẾT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG…………………………………………… 21 1.2.1 Lực dọc trục……………………………………………………………21 1.2.2 Mô men động lượng vòng…………………………………………… 22 1.3 THUYẾT PHÂN TỐ CÁNH………………………………………………… 23 1.3.1 Các giả thiết thuyết phân tố cánh……………………………… 23 1.3.2 Hệ số tổn thất đầu mũi cánh………………………………………… 23 1.3.3 Các phương trình động lượng phân tố cánh…………………………28 1.3.4 Công suất phân tố cánh hệ sô công suất …………………………29 1.3.5 Công suất đầu ra……………………………………………………….29 Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁNH TUA BIN GIÓ …………… 31… 2.1 TÍNH TOÁN CÁNH THEO PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU……………………………31 2.1.1 Các thông số đầu vào………………………………………………… 31 2.1.2 Các bước tính toán…………………………………………………… 31 2.2 TÍNH LẠI CÔNG SUẤT SAU KHI HIỆU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ HÌNH HỌC37 2.2.1 Các bước tính toán kết quả……………………………………………… 37 2.2.2 Sơ đồ khối lập trình tính toán tối ưu:………………………………….38 2.2.3 Một số phương án cánh sau hiệu chỉnh……………………………….41 Chương3 : CÁCH SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN KHÍ ĐỘNG HỌC CÁNH BẰNG MATLAB……………………………………….………… 42 3.1 CỬA SỔ GIAO DIỆN CHÍNH………………………………………………… 42 3.1.1.Nhập thông tin đầu vào…………………………………………………42 3.1.2 Thông tin động lực học cánh………………………………………43 3.2 CÁC HIỂN THI KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CỦA CHƯƠNG TRÌNH……… 45 3.2.1 Quan hệ r/R heo x……………………………………………………45 3.2.2.Quan hệ beta theo x …………………………………………………….46 3.2.3 Tuyến tính dây cung profin độ xoắn cánh …………………… 46 3.3 CÁC THÔNG TIN 2D VÀ 3D CỦA CÁNH………………………… 48 3.3.1 Cửu sổ thị xâu cánh 2D trước hiệu chỉnh……………………… 48 3.3.2 Cửu sổ thị xâu cánh 3D sau hiệu chỉnh………………………….49 3.3.3.Cửu sổ thị xâu cánh 2D trước hiệu chỉnh……………………… 49 3.3.4 Cửu sổ thị xâu cánh 3D hiệu chỉnh………………………………50 3.4 HIỂN THI CÁNH D HOÀN CHỈNH…………………………………………50 3.4.1 Hiển thị cánh D hoàn chỉnh trước hiệu chỉnh………………………………50 3.4.2 Hiển thị cánh D hoàn chỉnh sau hiệu chỉnh…………………………………51 Chương4: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HƯỚNG TUA BIN GIÓ VÀ MỘT SỐ CHI TIẾT QUAN TRỌNG……………………………………………… 52 4.1 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC HỆ DẪN ĐỘNG……………………………………52 4.2 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ TRỤC HỆ DẪN ĐỘNG XOAY TUA BIN 52 4.3 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT BÁNH VÍT……………………………………52 4.3.1 Chọn vật liệu…………………………………………………………….52 4.3.2 Xác định ứng suất cho phép bánh vít…………………………… 52 4.3.3 Xác định sơ khoảng cách trục………………………………………52 4.3.4 Xác định ứng suất cho phép bánh vít…………………………….52 4.3.5 Xác định lại khoảng cách trục…………………………………………52 5.3.6 Xác định thông số động học……………………………………….53 4.3.7 Kiểm nghiệm bánh vít……………………………………………58 4.3.8 Một vài thông số truyền……………………………………… 59 4.4 CHỌN Ổ LĂN ………………………………………………………………………… 61 4.5 TÍNH TOÁN TRỤC…………………………………………………………………….61 4.5.1 Chọn vật liệu chế tạo trục…………………………………………… 61 4.5.2 Xác định sơ đường kính trục……………………………………….62 4.5.3 Xác định lực…………………………………………………………….62 4.5.4 Vẽ biểu đồ mômen………………………………………………………63 4.5.5 Xác định đường kính trục……………………………………… 63 4.5.6 Kiểm nghiệm cho trục………………………………………………….65 4.6 MỘT VÀI HÌNH ẢNH VỀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TUA BIN: …………………………………………………………………………………….68 Chương NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY PHÁT ĐIỆN NAM CHÂM VĨNH CỬU………………………………………………… 70 5.1 CỞ SỞ LÝ THUYẾT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ TRỤC NGANG…………………………………………………………70 5.1.1 Cơ sở lý thuyết khí động học (aerodynamic) trình chuyển hóa từ gió thành điện năng………………………………………… 71 5.1.2 Thông số turbine cho sở tính toán thiết kế máy phát điện…………………………………………………………………………… 75 5.1.3 Phân loại máy phát điện gió………………………………………… 77 5.1.4 Cơ sở việc lựa chọn máy phát phong điện nam châm vĩnh cửu cho đề tài……………………………………………………………………………80 5.2 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN VÀ THUẬT TOÁN THIẾT KẾ TỐI ƯU MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ…………………………………………………………………….80 5.2.1 Mô hình toán học máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu………81 5.2.2 Tối ưu máy phát điện gió thuật toán gen tiến hóa ( genetic algorithm) NSGA-II………………………………………………………… 98 5.3 KẾT LUẬN…………………………………………………………………… 114 Chương 6: BỘ BIẾN ĐỔI CỦA TURBINE GIÓ TRỤC NGANG SỬ DỤNG MÁY PHÁT ĐÔNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU (PMSG)…………… 115 6.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN.[21];[22];[23]…………………………………….115 6.2 CHIẾN LƯỢC ĐIỀU KHIỂN BỘ CL.[24];[25]………………………………………116 6.3 THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU TÍCH CỰC.[26];[27]…………………………………118 6.3.1 Xây dựng mô hình toán học chỉnh lưu tích cực……………………… 120 6.3.2 Tính toán mạch lực……………………………………………………………124 6.4 TÍNH TOÁN BỘ NGHỊCH LƯU ÁP BA PHA.[28];[29];[30]……………………….126 6.5 MÔ HÌNH HÓA VÀ TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH.[30];[31] 137 6.5.1 Mô hình hóa tín hiệu lớn pha…………………………………….137 6.6 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH DÒNG ĐIỆN……………………………………….137 6.7 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP……………………………………………141 6.8 SƠ ĐỒ TỔNG HỢP HỆ THỐNG BỘ BIẾN ĐỔI AC-AC THIẾT KẾ…………….149 6.9 KẾT LUẬN ……………………………………………………………….156 Chương 7: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN, ĐO LƯỜNG, XỬ LÝ HƯỚNG GIÓ ĐỂ ĐỊNH HƯỚNG TUA BIN THEO HƯỚNG GIÓ 158 7.1.TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ ĐO VẬN TỐC VÀ HƯỚNG GIÓ…………… 158 7.1.1.Đo vận tốc gió……………………………………………………………158 7.1.2.Thiết bị đo hướng gió………………………………………………… 160 7.1.3.Thiết bị đo hướng gió………………………………………………… 161 7.2.THIẾT KẾ BỘ TIẾP NHẬN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐO LƯỜNG ………… 163 7.2.1 Sơ đồ nguyên lý thu thập xử lý tín hiệu vận tốc gió………… 163 7.2.2 Sơ đồ mạch thu thập xử lý liệu gió………………………….163 7.2.3 Phần mềm thu thập xử lý liệu gió………………………………….168 7.2.4 Một số kết đo đạc vận tốc gió…………………………………… 171 7.3 BÔ ĐIỀU KHIỂN QUAY BỆ TUA BIN…………………………………………… 172 7.3.1 Mạch động lực cho cấu quay bệ tuabin gió……………………….173 3.2 Sơ đồ mạch điều khiển quay bệ……………………………………….175 7.3.3 Nguyên lý điều khiển………………………………………………… 177 7.4 KẾT LUẬN…………………………………………………………………… 180 Chương 8: KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TUA BIN MÔ HÌNH TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM VÀ TUA BIN THỰC TẠI HIỆN TRƯỜNG………………181 8.1 THỬ NGHIỆM TUA BIN MÔ HÌNH TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM……… 181 8.2 CÁC NỘI DUNG THÍ NGHIỆM VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TUA BIN MÔ HÌNH…………………………………………………………………………………………182 8.2.1 Các nội dung thí nghiệm……………………………………………….182 2.2 Thiêt bị thí nghiêm…………………………………………………….186 8.3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ………………………189 8.3.1 Kết thí nghiệm…………………………………………………… 189 8.3.2 Đánh giá kết quả……………………………………………………….193 8.4 THỬ NGHIỆM TUA BIN ĐIỆN GIÓ TẠI HIỆN TRƯỜNG…………194 8.4.1 Mô tả lắp đặt tua bin………………………………………………….194 8.4.2 Quá trình thí nghiệm kết thí nghiệm………………………….200 III.KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC………………………………………………… 202 IV TÌNH HÌNH ĐĂNG KÝ SỞ HỮU KIỂU DÁNG CÔNG NGHIỆP 219 V TÁC ĐỘNG ĐỐI VỚI KINH TẾ VÀ MÔI TRƯỜNG…………………219 VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………220 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………230 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT TÊN HÌNH VẼ TRANG Hình 1: Ống dòng dọc theo trục quanh tua bin gió 21 Hình 2: Ống dòng vành khuyên quay 23 Hình1 3: Minh họa chi tiết ống dòng vành khăn quay 24 Hình 1.4 Phân tố cánh 24 Hình1.5 Sơ đồ phân tích động lực học phân tố cánh 25 Hình 6: Dòng gió tương tác với cánh 25 Hình 1.7: Đồ thị hệ số lực nâng, lực cản cho NACA 0012 27 30 10 Hình 1.8: Mối quan hệ hệ số dòng dọc trục, trạng thái dòng lực đẩy rô to Hình 1: Đồ quan Cp tỉ số vận tốc đầu mũi cánh loại tua bin Hình 2.2: Cách biểu diễn profin cánh 11 Hình 3: Đồ thị phụ thuộc CL vào góc Naca 4412 33 12 Hình 4: Đồ thị phụ thuộc CD vào góc Naca 4412 33 13 34 14 Hình 5: Đồ thị phụ thuộc CL/CD vào góc Naca 4412 Hình : Chia cánh theo phương pháp phân tố 15 Hình 2.7: Sơ đồ tính toán lại công suất sau hiệu chỉnh c 39 16 40 17 Hình 8: Đồ thị c/R theo tỉ số bán kính x trước sau hiệu chỉnh Hình 0: Giao diện người dùng GUI 18 Hình 0: Quan hệ Cl/alpha 43 19 Hình 0: Quan Cd/alpha 44 31 32 34 42 20 21 44 Hình 3.0: quan hệ Cl/Cd/alpha Hình 0: Quan hệ hệ số công suât tỷ số đầu mút cánh Tối ưu 45 22 Hình 0: Quan hệ c/R theo x 46 23 Hình 0: Quan hệ vẽ beta theo x 46 24 Hình 0: Cách hiệu chỉnh c 47 25 Hình 0: Cách hiệu chỉnh beta 47 26 Hình 0: Xâu cánh 2D trước hiệu chỉnh 48 27 Hình 0: Xâu cánh 3D trước hiệu chỉnh 49 28 Hình 0: Xâu cánh 2D sau hiệu chỉnh 49 29 Hình 0: Xâu cánh 3D sau hiệu chỉnh 50 30 Hình 0: Cánh 3D hoàn chỉnh trước hiệu chỉnh 51 31 Hình 3.0: Cánh 3D hoàn chỉnh sau hiệu chỉnh 51 32 Hình 4.1 sơ đồ chịu lục trục 62 33 Hình 4.2: Biểu đồ mômen cho trục 63 34 Hình 4.3 vẽ xác định kích thước bao trục tua bin 64 35 Hình 4.4 Bản vẽ D cánh phương án lựa chọn 68 36 Hình 4.5 Kết mô công suất theo số vòng quay ứng với vận tốc gió không đổi 69 37 Hình 4.6 Bản vẽ lăp tua bin gió đề tài 69 38 Hình 5.1 : Cấu tạo Turbine gió [8] 70 39 Hình 5.2 : Vận tốc gió mặc định trình mô hệ thống đề tà 71 40 Hình 5.3 : Nguyên lý chuyển hóa phong thành điện 72 41 Hình 5.4 : Vận tốc gió vận tốc tiếp tuyến sơ đồ trục quay turbine 73 42 Hình 5.5 : Hệ số công suất loại turbine gió khác [6] 74 43 Hình 5.6: Điểm công suất cực đại (MPPT) 75 44 Hình 5.7: Hệ số công suất turbine 76 45 Hình5.8 : Đặc tính momen học turbine 76 46 Hình 5.9 : Giản đồ momen từ turbine tới máy phát trình vận hành động Hình 5.10 : Cấu trúc dạng máy phát phong điện kích từ nam châm điện : a, Cấu trúc máy phát nhìn theo phương ngang b, Phần hoạt động máy phát 77 47 48 49 50 51 52 53 Hình 5.11 : Cấu trúc dạng máy phát phong điện từ trở : a, Cấu trúc máy phát nhìn theo phương ngang b, Cấu trúc máy phát nhìn theo phương dọc Hình 5.12 : Cấu trúc dạng máy phát phong điện nam châm vĩnh cửu từ thông ngang trục : a, Cấu trúc máy phát nhìn theo phương ngang b, Cấu trúc máy phát nhìn theo phương dọc Hình 5.13 : Cấu trúc dạng máy phát phong điện nam châm vĩnh cửu từ thông dọc trục : a, Cấu trúc máy phát nhìn theo phương ngang b, Cấu trúc máy phát nhìn theo phương dọc Hình 5.14 : Cấu trúc hình học kích thước máy phát phong điện nam châm vĩnh Hình 5.15: Phân bố cảm ứng từ cặp cực khe hở không khí stator- rotor máy phát Hình 5.16: Mô hình mạch máy phát 78 79 79 80 82 84 87 54 Hình 5.17: Kích thước hình học stato 89 55 Hình 5.18: Dạng sóng từ trường vật liệu từ máy phát 91 56 Hình 5.19: Đặc tính từ trễ vật liệu từ stator 92 57 Hình 5.20: Mô hình nhiệt máy phát 94 58 Hình 5.21: Mô hình tối ưu hóa hệ thống 99 59 Hình 5.22 Giản đồ công suất Turbine- máy phát 100 60 Hình 5.23: Điều kiện giới hạn nhỏ rãnh stator 103 61 Hình 5.24: Đặc tính từ trễ, vận hành khử từ nam châm 104 62 Hình 5.25: Kết tối ưu : phân bố Pareto công suất – khối lượng máy phát 105 63 Hình 5.26: Cấu trúc máy phát tối ưu mật độ phân bố từ trường máy phát 108 64 109 65 Hình 5.27 : Vận tốc gió mô Hình 5.28: Mô hình mô hệ thống turbine – máy phát chỉnh lưu Matlab/simulink 66 Hình 5.29 : Vận tốc quay máy phát 110 67 Hình 5.30: Mô men turbine máy phát 110 68 Hình 5.31: Sức điện động máy phát 111 69 Hình 5.32: Dòng điện pha máy phát 111 70 Hình 5.33: Công suất hấp thụ gió turbine công suất đầu máy phát giản trừ tổn thất 112 71 Hình 5.34: Quá trình độ nhiệt máy phát 113 72 Hình 6.1 Bộ biến đổi AC-AC sử dụng PMSG 116 73 Hình 6.2 Chiến lược điều khiển chỉnh lưu 117 74 Hình 6.3: cấu trúc chỉnh lưu tích cực 118 75 Hình 6.4: Cấu trúc chỉnh lưu tích cực đơn giản 120 76 Hình 6.5: a) Đồ thị pha chế độ bình thường b) Đồ thị pha c) 120 109 Đồ thị pha 77 Hình 6.6: Sơ đồ mạch tương đương pha ghép nối với lưới 122 78 Hình 6.7: Mối quan hệ hệ trục tọa đô 122 79 Hình 6.8: Mô hình chỉnh lưu tích cực hệ tọa độ d – q 124 80 Hình 6.9 Sơ đồ cấu trúc nghịch lưu áp ba pha bốn dây 126 81 Hình 6.10 Sơ đồ chân modul IGBT 133 82 Hình 6.11 Tụ B32693 Epcos 136 83 Hình 6.12 Mạch Snubber bảo vệ van IGBT 136 84 Hình 6.13 Cảm biến Hall đo dòng ACS756 – 100B 137 85 Hình 6.14 Sơ đồ nghịch lưu nửa cầu 138 86 Hình 6.15 Sơ đồ cấu trúc vòng dòng điện 142 87 Hình 6.16 Biểu đồ Bode đối tượng mạch vòng dòng điện 144 88 Hình 6.17 Biểu đồ Bode đối tượng mạch vòng điện áp 148 89 Hình 6.18 Sơ đồ tổng hợp số 150 90 Hình 6.19 Sơ đồ tổng hợp số 151 91 Hình 6.20 Sơ đồ tổng hợp số 152 92 Hình 6.21 Sơ đồ tổng hợp số 153 93 Hình 6.22 Sơ đồ tổng hợp số 154 94 Hình 6.23 Bảng mạch1 AC-AC 155 95 Hình 6.24 bảng mạch AC-AC 156 96 Hình 7.1 Máy đo gió kiểu chén 159 97 Hình 7.2 Sơ đồ cấu tạo máy đo gió kiểu chén 159 98 Hình 7.3 Thiết bị đo hướng gió 160 99 Hình 7.4 Các thành phần khí thiết bị đo gió 161 100 Hình 7.5 Cảm biến tiệm cận dùng để đo xoắn dây 162 101 Hình 7.6 Nguyên lý tín hiệu đo số vòng xoắn dây cáp 162 102 Hình 7.7 Sơ đồ khối đo lường vận tốc gió 163 103 Hình 7.8 Sơ đồ mạch nguồn 163 104 Hình 7.9 Sơ đồ mạch vi sử lý 164 105 Hình 7.10 Sơ đồ nhận tín hiệu cảm biến đo hướng gió 164 106 Hình 7.11 Sơ đồ nhận tín hiệu cảm biến đo vận tốc gió 165 107 Hình 7.12 Sơ đồ nguyên lý mạch truyền thông RS485 166 108 Hình 7.13 Sơ đồ bố trí linh kiện phần mềm Orcad 167 10 cho nhu cầu, nước tiết kiệm ngoại tệ nhập tham gia xuất thu ngoại tệ Đề tài cho phép nâng cao trình độ chuyên môn, đào tạo cán chuyên ngành, tạo thêm công ăn việc làm, đóng góp vào phát triển ngành Tổ máy phong điện có công suất 15kW lần nghiên cứu, chế tạo nước 100% để khai thác nguồn tài nguyên lượng gió phát điện phục vụ dân sinh, quốc phòng vùng xa lưới điện Quốc gia VI.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: VI.1 Kết luận chung: Đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống tua bin gió kiểu trục ngang có công suất dải 15-20kW” trường đại học Bách khoa Hà Nội chủ trì thực từ ngày tháng 10 năm 2012 đến 30 tháng năm 2015 Các nội dung đăng ký hợp đồng KHCN đăng ký thuyết minh đề tài thực đầy đủ số lượng, khối lượng, chủng loại, thời gian chương trình KC.05/11-15 văn phòng chương trình bô Khoa học Công nghệ cho phép VI.1.1 Về khoa học công nghệ: a Kết chung đề tài: Đề tài hoàn thành báo cáo tổng hợp, báo cáo tóm tắt kết nghiên cứu với đầy đủ sản phẩm yêu cầu đề tài trọng điểm cấp nhà nước: 01 tua bin điện gió kiểu trục ngang với thông số đạt với tiêu đăng ký; 01 tua bim mô hình có thông số đăng ký; 71 chuyên đề nghiên cứu khoa học từ Chuyên đề nghiên cứu tổng quan tiềm năng lượng gió Việt Nam, tình hình nghiên cứu nước Trên sở phân tích đề xuất đưa cấu hình tua bin điện gió phù hợp với tiềm gió điều kiện công nghệ chế tạo Việt 218 Nam có tính đến khả liên kết với nhà khoa học có chuyên môn liên quan sở sản xuất sở nghiên cứu để tận dụng tốt tiềm lực người sở vật chất đển chế tạo tổ tua bin điện gió trục ngang đáp ứng thông số đăng ký thuyết minh Các chuyên đề tính toán thiết kế tua bin gió mô hình, Các vẽ thiết kế chế tạo khuôn cánh chế tạo cánh tua bin mô hinh chuyên đề thử nghiệm tua bin mô hình Các chuyên đề tính toán thiết kế cánh tua bin nguyên hình, tính toán thiết kế bố trí chung tua bin nguyên hình Tính toán thiết kế cụm xoay hướng Công nghệ chế tạo cánh tua bin nguyên hình Chuyên đề cân cánh tua bin nguyên hình Các chuyên đề tính toán thiết kế máy phát, xây dựng vẽ chế tạo cụm chi tiết rotor stato máy phát; cân rotor máy phát; thử nghiệm máy phát xây dựng đường đặc tính máy phát Các chuyên đề tính toán thiết kế AC-DC; DC-AC; quy trình công nghệ chế tạo mạch khối Các chuyên đề tính toán thiết kế hệ thống xoay theo hướng gió cấu chương trình đảm bảo cân lượng rotor máy phát tốc độ hướng gió thay đổi Tính toán đốt tải thừa…chuyên đề lắp ráp tổ tua bin; chuyên đề lắp ráp tổ tua bin gió hiên trường; chuyên đề đo đạc thông số tua bin trường Các chuyên đề đạt yêu cầu dùng làm tài liệu phục vụ chế tạo lắp đặt khai thác tổ hợp tua bin điện gió b Những đóng góp khoa học công nghệ đề tài: + Đề tài nghiên cứu tính toán thiết kế tổ hợp tua bin điện gió kiểu trục ngang làm việc dải công suất từ 15-20kW tốc độ gió thấp phù hợp với tiềm năng lượng gió Việt Nam Tốc độ khoảng từ 6m/s đến 8,5 m/s Đây mẫu tua bin có tính toán thiết kế cánh công phu (phải qua việc tính toán thiết kế nhiều mẫu cánh tua bin mô hình Để từ lựa chọn mấu có triển vọng làm việc tốt Chế tạo mẫu, tiến hành thử nghiêm ống khí động để lựa chọn 219 mẫu tốt phục vụ cho chế tạo cánh tua bin nguyên hình) Các mẫu cánh tua bin gió kiểu trục ngang nước tiên tiến chế tạo thương mại thị trường tính toán thiết kế làm việc tối ưu thường 12 m/s chí có mẫu tính toán thiết kế 13 m/s cao tới 15 m/s Do tiềm gió nước nơi dự kiến lắp đạt cao Đây đóng góp có ý nghĩa khoa học đề tài + Xây dựng hồ sơ vẽ lắp vẽ thiết kế chi tiết tổ hợp tua bin điện gió chi tiết cánh tua bin mô hình; cánh tua bin nguyên hình; vẽ thiết kế vẽ chế tạo rotor stato máy phát điện nam châm vĩnh cửu (một lĩnh vực tính toán thiết kế hoàn toàn mẻ với nhà khoa học cong nghệ Viêt Nam); Tính toán thiết kế mạch biến đổi AC-DC; DCAC thiết bị có cường độ dòng điện lớn hoàn toàn nhà khoa học công nghệ Viết Nam Tập thể nhà khoa học tham gia đề tài lỗ lực nói dũng cảm đàm nhận phần công việc đề tài mảng chuyên môn liên quan + Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo chi tiết đề tài như: quy trình công nghệ chế tạo cánh tua bin mô hình nguyên hình; quy trình công nghệ chế tạo máy phát điện nam châm vĩnh của,; quy trình công nghệ chế tạo biến đôi AC-DC; DA-AC Các kết đạt đáp ứng thông số vận hành chi tiết cụm chi tiết Có kết phần kết hợp tích cực với nhà khoa học viện nghiên cứu kỹ sư công nghệ sở sản xuất đơn vị phối hợp công ty cổ phần chế tạo bơm Hải Dương- HPMC, công ty cổ phần chế tạo điện Hà Nội- HEM 220 + Đề tài triển khai thiết kế, chế tạo thành công đồng phần tua bin gió (phần khí động phần khí), máy phát điện, thiết bị biến đổi AC-AC thiết bị điều khiển gió công suất 15kW + Sản phẩm tổ máy tua bin gió đề tài có khả làm việc tốc độ gió thấp (v = 2m/s làm việc cho công suất đạt ≈ 0,5kW) Đây đóng góp quan trọng đề tài nhằm phục vụ nhu cầu khai thác tiềm gió vùng có tốc độ gió thấp + Phần chế tạo cánh tua bin nhà khoa học ứng dụng vật liệu vật liệu composit vật liệu bon Chế tạo phương pháp hút chân không tạo đồng cao vật liêu + Phân chế tạo máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu có công suất đến 15kW tính toán thiết kế theo phần mềm tối ưu nước tiên tiến công ty cổ phần chế tạo điện Hà Nội (HEM) chế tạo thành công VI.1.2 Về hiệu kinh tế ý nghĩa xã hội: a Hiệu kinh tế: - Việc chế tạo thành công tổ hợp tua bin điện gió kiểu trục ngang làm việc dải công suất từ 15 đến 20kW tốc độ gió thấp Phù hợp với tiềm gió Việt Nam có ý nghĩa kinh tế quan trọng góp phần sử dụng nguồn lượng có nhiều nơi lãnh thổ Viêt Nam - Chế tạo thành công công nghệ Việt Nam có điều kiện để hạ thấp giá thành Điều tạo điều kiện cho nhiều cở sản xuất vùng sâu vùng xa nơi có tiềm gió phù hợp trang bị tua bin gió dạng để chủ động nguồn điện Một chủ động nguồn điện tạo điều kiện cho phát triển ngành nghề khác có sử dụng điện 221 - Chế tạo thành công tua bin điện gió trục ngang có giá thành thấp tạo nên nhu cầu trang bị loại tua bin gió kiểu Điều tạo điều kiện cho doanh nghiệp sản xuất tua bin điện gió mở lĩnh vực sản xuất tạo công ăn việc làm cho nhiều người Tạo điều kiển ổn định xã hội kéo theo phát triển khác xã hội - Chế tạo thành công tua bin gió kiểu trục ngang dải công suất từ 15-20kW phù hợp với quy mô hộ tiêu thụ nhỏ lẻ Trong tình hình kinh tế hiên Việt Nam nhiều nước có nhiều sở sản xuất quy mô nhỏ Các sở hoàn toàn định mua sắm trang bị cho tổ hợp phát điện độc lập Điều tạo điều kiện tiền đề cho sở sản xuất tua bin điện gió loại nhận chuyển giao công nghệ sản xuất hàng hóa phục vụ xuất đưa lại nguồn ngoại tệ cho đất nước - Chế tạo thành công tua bin gió loại góp phần tạo kỹ sư kỹ thuật viên có hiểu biết tính toán thiết kế công nghệ chế tạo Dần dần hình thành nhu cầu đào tạo chuyên ngành lượng tái tạo cụ thể lượng gió Tất nhân tố tiền đề cho ngành công nghiệp điện gió từ sản xuất thiết bị đến vận hành bảo dưỡng - Một ngành sản xuất phôi thai hứa hẹn nhiều lượng tái tạo lượng kỷ 21 Nước Đức nước tiên phong việc ứng dụng lượng tái tạo Theo kế hoạch phủ cộng hòa liên bang Đức đến năm 2050 Nước Đức dùng 100% lượng tái tạo Trong tổng giá trị lượng tái tạo Đức đến năm 2050 50% đến tư lượng gió b Ý nghĩa xã hội: - Việc nghiên cứu chế tạo thành công tổ hợp tua bin điện gió kiểu trục ngang có công suất dải từ 15 đến 20kW tốc độ thấp Điều cho thấy lực 222 đội ngũ nhà khoa học Viêt Nam nhà công nghệ doanh nghiệp khí chế tạo đủ khả nghiên cứu sản phẩm khoa học công nghệ phức tạp Nghiên cứu chế tạo thành công tạo nhu cầu sản xuất hàng hóa loại dẫn đến có nhu cầu hình thành lực lượng lao động Tạo điều kiện tăng trưởng nhu cầu việc làm góp phần phát triển kinh tế xác hội Ổn định an ninh, ổn định kinh tế xã hội Tác động tốt đến đời sống kinh tế xã hội c Khả ứng dụng thực tế: Việc lắp đặt thử nghiệm thành công sản phẩm dạng I đề tài minh chứng cho khả ứng dụng thực tế sản phẩm Các nhà khoa học tham gia đề tài phối hợp chặt chẽ với sở lắp đặt sản phẩm đề tài để theo dõi hoạt động tổ hợp tua bin Nghiên cứu khả làm việc ổn định giải pháp làm cho giá thành phù hợp tạo điều kiện chuyên giao công nghệ để sản phẩm sớm ứng dụng rộng rãi vào thực tế VI.1.3 Công tác quản lý, tổ chức thực đề tài: Cơ qua chủ trì thực hiên đề tài trường đại học Bách khoa Hà Nội đơn vị có đội ngũ nhà khoa học đông đảo, đa ngành có nhiều kinh nghiệm nghiên cứu khoa học Suốt dọc theo bề dày từ thành lập đến 60 năm hệ nhà khoa học tạo nhiều sản phảm khoa học ứng dụng tốt vào nến kinh tế xã hội Được xã hội thừa nhận đánh giá cao Đối với đề tài KC.05.10/11-15, trường đại học Bách khoa giao cho tập thể nhà khoa học thuộc hai viện Cơ khí – Động lực viện Điện làm lực lượng nòng côt với số chuyên gia viện khác Các nhà khoa học giúp đỡ phòng ban chức triển khai tốt việc thực nhiệm vụ đề tài Đã tạo sản phẩm khoa học dạng I;II;III đầy đủ số lương, khối lượng đáp ứng mục tiêu đề 223 Việc sử dụng kinh phí đề tài chủ nhiệm đề tài quan chủ trì thực hiên theo quy chế hành thực hiên nhiệm vụ đề tài Từ khâu xây dựng gói thầu, đăng ký đấu thầu xét duyêt hồ sơ thầu, đấu thầu, nghiệm thu lý gói thầu ký quỹ bảo lãnh, ký quỹ bảo hành tuân thủ nghiêm túc quy định Công tác báo cáo định kỳ cho quan quản lý thực theo lịch chương trình KC.05/11-15 quan quản lý bô KHCN Thực báo cáo đầy đủ tạo điều kiện để đoàn kiểm tra định kỳ Khoa học Công nghệ hoàn thành tốt đợt kiển tra Ban chủ nhiêm đề tài xin cảm ơn trân thành giúp hợp tác, giúp đỡ chân thành đơn vị quản lý Bộ Khoa học Công nghệ, Ban chủ nhiệm KC.05/11-15, nhà khoa học phối học công tác nghiên cứu, sở sản xuất việc giúp chế tạo thành công sản phẩm đề tài Ban chủ nhiệm đề tài xin cảm ơn sở tiếp nhận phẩm đề tài để lắp đặt thử nghiệm kiên tra hoạt động sản phẩm đề tài Cảm ơn tất thành viên đề tài không quản khó khăn nhiều mặt ban chủ nhiệm hoàn thành nội dung đề tài VI Kiến nghị: Tuy sản phẩm dạng I đề tài lắp đặt thử nghiệm thành công Đáp ứng thông số đăng ký sản phẩm theo thuyết minh đề tài nhiều vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện sảm phẩm để chuyển giao công nghê sản xuất hàng loạt Cần tiếp tục theo dõi khả làm việc ổn định tổ hợp tua bin Cần theo dõi độ bền vật liệu làm cánh chi tiết khác Cần theo dõi nghiêm cứu gải pháp hoàn thiện thiết kế chung tính toán thiết kế phậm 224 quan trọng tổ hợp điện gió Các phận quan máy phát điện nam châm vĩnh, bô AC-DC; DC-AC thiết bị điều khiển tua bin cần phải nghiên cứu theo dõi làm việc ổn định độ bền lâu điều kiện nhiêt đới nóng ẩm Đề sản phẩm hoàn thiện đưa vào sản xuất cần có dự án hoàn thiện việc nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ chế tạo để tạo sản phẩm thương mại có tính cạnh tranh làm việc ổn định tin cậy 225 GIẤY CHỨNG NHẬN KẾT QUẢ ĐO, THÍ NGHIỆM CỦA VIỆN ĐO LƯỜNG VIỆT NAM 226 227 228 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Danh Liên – Đặng Đình Thống “Cơ sở lượng tái tạo”: Xuất năm 2006 [2] Grant Ingram, “Wind turbine blade analysis using The blade element momentum method” – 2011 [3] Serhat Duran, “Computer – Aided design of horizontal – axis wind turbine blades” – 2005 [4] Jonh Amund Karlsen, “Performance calculations for a model turbine” – 2009 [5] Trịnh Chất – Lê văn Uyển, “Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí” – Tập Tập Xuất năm 1998 [6] E Hau, ‘‘Wind Turbines’’, Springer, 2000 [7] G L Johnson, ‘‘Wind energy systems’’, Electronic Edition, December, 2001 [8] F Chabot, Lajoie-Masenc, “Analytical model of the design of permanent magnet machines”, Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Advanced Machines, Sorrento, Italy, June 1998 [9] Gribnau W.H.J.K , Kursten J.P.J 1991, « Electrical flexibility versus mechanical complexity through direct conversion” European Wind Energy Conference (EWEC’91), Amsterdam, The Netherlands, 14-18 octorber 1991, Proceedings part I, p 809-813 [10] de Haan S, Van Engelen T, Frumau C, Veltman A, Wildendbeest E, Childs S, Torrey D, “Development of a gearless drive with variable reluctance generator for variable speed wind turbines”, European Wind Energy Conference (EWEC’94), Thessaloniki, Greece, 10-14 October 1994 Proceedings vol III p; 130-133 229 [11] D.H TRAN, B Sareni, X Roboam, E Bru, A De Andrade “Sensitivity analysis and robust design of a passive wind turbine system”, XI-th International Workshop Optimization and Inverse Problem in Electromagnetism, September 1418, 2010, Sofia, Bulgaria [12] D.H Tran, B Sareni, X Roboam, C Espanet: “ Modélisation et optimisation multicritère d’une chaîne éolienne « passive »’’, Conférence EF 2009, UTC, Compiègne, 24-25 Septembre 2009 [13] Y Bertin, “ Refrodissement des machines électrique tournantes”, Technique de l’ingénieur, Ref D3460 – Vol DAB, 1999 [14] P.H Mellor, D Robert, D.R Turner, “ Lumped parameter thermal model for electrical machines of TEFC design”, IEE Proceddings – B, Vol, 138, No 5, pp.205-218, September 1991 [15] G Slemon, X Liu, “ Modeling and design optimization of permanent magnet motors”, Electrical machines and Power systems, Vol.20, pp 71-92, 1992 [16] Y.-K Chin and J Soulard, “ Modeling of iron losses in permanent magnet synchronous motors with field-weakening capability for electric vehicles”, International Journal of Automotive Technology, Vol 4, NO 2, pp 87-94, 2003 [17] B Multon, “ Contribution l’optimisation ensemble convertisseur – machine reluctance variable minimisation du facteur de dimensionnement”, Thèse doctorat de l’université Pierre et Marie Curie, 1985 [18] D Meeker, « Finite Element Method Magnetics: Octave FEMM”, version 1.2, User’s Manuel, September 18, 2011 [19] http://www.windpower.org , Site web “Danish wind industry association” 230 [20] http://www.bergey.com/ [21] F Blaabjerg, Z Chen, and S B Kjaer, “Power electronics as efficient interface in dispersed power generation systems,” IEEE Trans Power Electron., vol 19, no 5, pp 1184–1194, Sep 2004 [22] Z Chen and E Spooner, “Voltage source inverters for high-power, variablevoltage dc power sources,” Proc Inst Electr Eng Generation, Transmiss Distrib., vol 148, no 5, pp 439–447, Sep 2001 [23] Z Chen and E Spooner, “A modular, permanent-magnet generator for variable speed wind turbines,” inProc IEE EMD 1995, pp 453–457 [24] B Singh, B.N Singh, A Chandra, K Al-Haddad, A Pandey and D.P Kothari, "A Review of Three-Phase Improved Power Quality AC-DC Converters", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol 51, No 3, pp.641-660, June 2004 [25] E.H Ismail and R Erickson, "Single-Switch 3ϕPWM Low Harmonic Rectifiers", IEEE Transactions on Electronics, Vol 11, No 2, pp.338-346, March 1996 [26] J.C Salmon, "Circuit topologies for pwm boost rectifiers operated from 1phase and 3-phase ac supplies and using either single or split dc rail voltage outputs", Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Conference Proceedings, Vol 1, pp 473-479, 1995 [27] M Tou, K Al-Haddad, G Olivier and V.R Rajagopalan, "Analysis and Design of Single-Controlled Switch Three-Phase Rectifier with Unity Power Factor and Sinusoidal Input Current", IEEE Transactions on Electronics, Vol 2, No 4, pp.856-862, July 1997 [28] T Kawabata, T Miyashita, and Y Yamamoto, “Dead beat control of three phase PWM inverter,” IEEE Trans Power Electron., vol 5, pp 21–28, Jan 1990 [29] Y Ito and S Kawauchi, “Microprocesor-based robust digital control for UPS with three-phase PWM inverter,”IEEE Trans Power Electron., vol 10, pp 196–204, Mar 1995 231 [30] H Akagi, E.H Watanabae, M Aredes, Instantaneous power theory and applications to power conditioning, IEEE press, 2006 [31] Phan Xuân Minh, Hà Thị Kim Duyên, Phạm Xuân Khánh, “Lý thuyết điều khiển tự động”, Nhà xuất Giáo dục, 2008 [32] World Wind Energy Association, http://www.wwindea.org/ [33] L Y Pao and K E Johnson, “A Tutorial on the Dynamics and Control of Wind Turbines and Wind Farms,” Proc Amer Ctrl Conf.,June 2009 [34] P Caselitz, W Kleinkauf, T Kruger, J Petschenka, M Reichardt, and K Storzel, “Reduction of Fatigue Loads on Wind Energy Converters by Advanced Control Methods,” Proc Euro.Wind Energy Conf., pp.555–558, Oct 1997 [35] M J Balas, Y J Lee, and L Kendall, “Disturbance Tracking Control Theory with Application to Horizontal Axis Wind Turbines,” Proc AIAA/ASME Wind Energy Symp., pp 95–99, Jan 1998 [36] E A Bossanyi, “The Design of Closed Loop Controllers for Wind Turbines,” Wind Energy, 3: 149–163, 2000 [37] N A Cutululis, E Ceanga, A.D Hansen, and P Sørensen, “Robust MultiModel Control of an Autonomous Wind Power System,” Wind Energy, 9: 399– 419, 2006 [38] A D Wright, “Modern Control Design for Flexible Wind Turbines,” NREL Report No TP-500-35816, National Renewable Energy Laboratory, 2004 [39] M Geyler and P Caselitz, “Robust Multivariable Pitch Design for Load Reduction on Large Wind Turbines,” J Solar Energy Eng., 130(3): 031014-1 – 031014-12, Aug 2008 232 ... thiết Từ lý xây dựng đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống turbine gió kiểu trục ngang có công suất dải 15- 20kW Bộ khoa học công nghệ ký hợp đồng nghiên cứu khoa học giao trường đại học... nghệ vật liệu nước ta việc thiết kế chế tạo tua bin gió có công suất cao gặp nhiều khó khăn, sở nghiên cứu nước chưa có đội ngũ cán nghiên cứu chuyên ngành đủ mạnh… chưa thể chế tạo tua bin gió. .. tua bin gió có công suất lớn Việc nghiên cứu loại tua bin gió công suất nhỏ vừa để làm chủ công nghệ chế tạo cần thiết nước có tới gần trăm triệu dân kinh tế đà phát triển mạnh cần thiết Từ lý