TRƯƠNG TRỌNG HIẾU KHẢO SÁT VÀ TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN GIĨ KẾT HỢP DIESEL CHO CƠN ĐẢO Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT Mã số: 605280 LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THẾ BẢO Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP Hồ Chí Minh ngày 31 tháng 07 năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch - GS.TS Lê Chí Hiệp Thư ký - TS Hà Anh Tùng ủy viên - TS Trần Văn Hưng ủy viên PB - TS Nguyễn Văn Tuyên ủy viên PB - PGS.TS Hoàng An Quốc CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ I Họ tên học viên: Trương Trọng Hiếu MSHV: 12824809 Ngày, tháng, năm sinh: 06/08/1986 Nơi sinh: Khánh Hòa Chun ngành: Cơng nghệ Nhiệt Mã số: 605280 TÊN ĐỀ TÀI: Khảo sát tính tốn thiết kế hệ thống điện gió kết hợp Diesel cho Cơn Đảo II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • Khảo sát thu thập liệu bao gồm: số liệu vận tốc gió trung bình năm, số liệu phụ tải huyện Cơn Đảo • Phân tích số liệu, tính tốn sản luợng điện hàng năm, tính tốn cuờng độ rối gió để lựa chọn loại turbine phù hợp • Tính tốn cấu hình nhà máy điện gió khả ổn định điện hệ thống • Phân tích, đánh giá tính khả thi nhà máy điện gió Cơn Đảo • Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu sản xuất điện hệ thống III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2015 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/06/2015 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN THẾ BẢO Tp HCM, ngày tháng năm 2015 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MƠN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CẢM ƠN Năng lượng gió, nguồn lượng xu thời đại Để thực luận văn hồn chỉnh đòi hỏi trình học tập nghiên cứu sâu tính chất mẻ phổ biến Việt Nam Để đạt thành nghiên cứu đó, ngồi nỗ lực khơng ngừng nghỉ thân bên cạnh có giúp đỡ đóng góp thầm lặng đầy tâm huyết thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp người thân Trên hết, xin gửi lời tri ân sâu sắc đến TS Nguyễn Thế Bảo nói riêng, thầy mơn nói chung, người quan tâm giúp đỡ tận tình mặt kiến thức chun mơn để tơi hồn thành luận văn Ngồi ra, tơi xin cảm ơn đến công ty cổ phần phát triển công nghệ Tài Nguyên Xanh phối hợp, hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi cho việc khảo sát thu thập số liệu quan trọng q trình tính tốn thực đề tài luận văn Cuối cùng, xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình tơi, người ln bên cạnh chia khó khăn động viên tình thần cho tơi đường nghiệp Tp HCM, ngày 15 tháng 06 năm 2015 Trương Trọng Hiếu GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC sĩ TÓM TẮT Năng lượng nhu cầu thiết yếu người yếu tố thiếu hoạt động sản xuất Tuy nhiên, tất vùng có khả tiếp cận với lưới điện quốc gia, đặc biệt huyện đảo Chính thế, việc sản xuất điện chỗ cách tận dụng nguồn lượng tái tạo, mà cụ thể điện gió giải pháp góp phần giảm bớt gánh nặng cho lưới điện quốc gia góp phần đưa điện với sống người dân vùng xa xôi hẻo lánh Để xây dựng nhà máy điện gió, nói có nhiều rủi ro cần phải phân tích đánh giá cách chi tiết Tuy nhiên, nghiên cứu nguồn lượng mức thu thập, tổng hợp số liệu đánh giá chung hạng chưa sâu vào phân tích đánh giá tiềm năng lượng gió, chế độ nhiễu loạn khu vực cấu hình phù hợp để hệ thống vận hành ổn định, mà điều lại ảnh hưởng nhiều đến chi phí đầu tư ban đầu Giữa bối cảnh nay, đề tài “Khảo sát tính tốn thiết kế hệ thống điện gió kết hợp Diesel” đời nhằm giúp cho có thêm sở khoa học, cơng cụ hỗ trợ việc tính tốn phòng ngừa sai sót, lãng phí khơng đáng có Trong trình thực luận văn, tác giả sử dụng số liệu đo đạc thực tế Côn Đảo để làm liệu đầu vào chương trình Matlab để lập trình, thiết kế phần mềm chuyên dụng cho việc tính tốn Do hạn chế mặt thời gian, kinh phí nên luận văn có số liệu năm để phục vụ cho công việc mô Nhưng sở để nhân rộng mơ hình cho dự án điện gió sau Kết nghiên cứu cho thấy tiềm năng lượng gió mà khu vực Cơn Đảo mang lại, lựa chọn loại turbine phù hợp với điều kiện khí hậu nơi Kết thực tiễn góp phần vào việc xây dựng nhà máy điện gió huyện Cơn Đảo GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC SĨ ABSTRACT Power is one of necessary demands of human life and an indispensable factor to manufacturing activities However, not every area is able to connect to the national power grid, especially islands Therefore, on-site generation by using renewable energy, which in this case is wind power is a feasible solutions to reduce load for national power grid as well as provide electricity for people in distant regions There are a lot of risks when it comes to constructing a wind power factory Detailed analysis is required However, current researches related to this subject concentrates mostly on data collecting and state estimation Those researches haven’t focus on analysing wind power potential, ah turbulence in areas where wind turbines will be built, and proper configuration to make system work stably, while all those things impact a lot on the capital cost In the current circumstance, the subject “Investigation, calculation and design of wind-diesel hybrid power system” was conceived to provide US more tools and scientific base for designing and preventing unnecessary failure and waste During making this thesis, the author used data which were measured at Con Dao island as model input and used Matlab software for programing, designing Due to limited time and capital cost, the input series for modeling was collected within one year However, this is still a good reference source for the following wind power projects The research result shows the wind power potential of Con Dao area, as well as adequate wind turbine for Con Dao’s weather The practical result will contribute into constructing the first wind power factory in Con Dao GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC sĩ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết luận văn thành lao động thân, khơng chép từ cơng trình nghiên cứu tác giả khác, số liệu tài liệu tham khảo sử dụng luận văn trích dẫn rõ ràng theo quy định Bộ Giáo dục Đào tạo Tơi xin chịu trách nhiệm hồn toàn kết luận văn Tp HCM, ngày 15 tháng 06 năm 2015 Trương Trọng Hiếu GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM NGUỒN GIĨ CƠN ĐẢO 1.1 Tổng quan lượng gió ố 1.1.1 Những ưu điểm lượng gió ố 1.1.2 Những nhược điểm lượng gió 1.2 Điều kiện tự nhiêntại Côn Đảo 1.2.1 Vị trí địa lý 1.2.2 Đặc điểm địa hình 1.2.3 Đặc điểm khí hậu - thủy văn CHUƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG VÀ LỰA CHỌN TURBINE GIÓ 11 2.1 Công nghệ nhà máy điện gió 11 2.1.1 Tổng quan công nghệ turbine gió 11 2.1.2 Cơng nghệ Nhà máy điện gió huyện Cơn Đảo 13 2.1.3 Tối ưu hóa thiết kế cơng nghệ 14 2.2 Mơ hình hóa thống kê liệu gió 14 2.2.1 Số liệu tốc độ gió khu vực dự án 15 2.2.2 Giá trị tốc độ gió trung bình 17 2.2.3 Các cơng thức tính tốn lượng gió 18 2.2.4 Mơ hình thống kê liệu tốc độ gió 18 2.2.5 Mật độ công suất vận tốc gió 20 2.2.6 Hiệu chỉnh tỷ trọng khơng khí theo nhiệt độ 21 2.2.7 Sự phân bố tốc độ gió theo chiều cao 22 2.2.8 Mối tưomg quan đại lượng đặc trưng hàm Weibull 25 2.3 Phân tích, đánh giá tiềm gió 25 2.3.1 Biến thiên tốc độ gió trung bình theo năm 25 3.2 Tần suất xuât cấp độ gió 27 2.3.3 Các đặc trưng thống kê chuỗi số liệu phục vụ tính tốn lượng 28 2.3.4 Quy đổi số liệu vận tốc gió 29 2.4 Lựa chọn công nghệ, công suất phát điện ước tính sản lượng điện hàng năm 35 2.4.1 Lựa chọn kiểu turbine 35 2.4.2 Lựa chọn công nghệ turbine 37 2.4.3 Lựa chọn công suất phát điện 40 LUẬN VĂN THẠC sĩ GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU 2.5 ước tính sản lượng điện hàng năm 43 2.5.1 Kết mô tần suất tốc độ gió 43 2.5.2 Đặc tính phát điện máy phát turbine gió 45 2.5.3 ước tính sản lượng điện năm 47 2.5.4 Tính tốn cường độ nhiễu loạn lựa chọn lớp turbine gió 49 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG WIND - DIESEL 54 3.1 Giải pháp ổn định công suất nhà máy 54 3.1.1 Sự cần thiết phải trang bị giải pháp ổn định 54 3.1.2 Sơ đồ hệ thống Wind - Diesel 56 3.1.3 Nguyên lý vận hành 57 3.2 Mơ hình tốn học hệ thống Wind - Diesel 57 3.2.1 Mô hình turbine gió 58 3.2.2 Mơ hình Battery 58 3.2.3 Mơ hình máy phát điện Diesel 59 3.2.4 Mơ hình tính tốn lượng khí phát thải Diesel tạo 60 3.3 Mô hình độ ổn định nguồn điện cung cấp hệ thống 60 3.4 Cơ chế hoạt động hệ thống Wind-Diesel-Battery 61 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KINH TẾ VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM MƠ PHỎNG TÍNH TỐN WIND - DIESEL 65 4.1 Mơ hình kinh tế 65 4.1.1 Mơ hình doanh thu 65 4.1.2 Mơ hình chi phí đầu tư ban đầu hệ thống Wind - Diesel 66 4.1.3 Mơ hình chi phí hàng năm hệ thống Wind - Diesel 67 4.1.4 Phân tích so sánh phương án đầu tư 69 4.2 Xây dựng phần mềm mơ tính tốn hệ thống Wind - Diesel 76 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 94 5.1 Kết luận 94 5.2 Kiến nghị 94 5.3 Hướng phát triển đề tài 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 LUẬN VĂN THẠC sĩ GVHD: TS NGUYỄN THẾ BẢO SVTH: TRƯƠNG TRỌNG HIÉU |— Wind Speed Input Data Setting Speed at Height of [m] Speed A Ịm/S] SD of Speed at Height nf 60 [m] Speed at Height of [m] Speed at Height of [m] Speed A SD I Speed A [m/sj Speed A [m>s] Speed A SD [nr/s] Speed A Max [rrVs] Wind Turbine Characteristics — Speed; Power [nVs] Power [KW] Speed A Min [nil's]; Direction A [1 Direction A soil Direction A Max 11 Speed B [ntfsj Speed B SD [m'sj Speed B Max [m/s] Speed E Min [ntfsj Direction B [1 Direction B SD [1 Direction B Max [1 Direction B Min [1 Speed c [nVs] Speed c SD [iĩì’sj Speed c Max [m/sj Speed c Min [m/sỊ > Bước 3: Chọn loại công suất turbine Từ popupmenu mục Wind turbine Characteristics -> Chọn công suất turbine theo tính tốn thiết kế - 81 - LUẬN VĂN THẠC sĩ GVHD: TS NGUYỄN THẾ BẢO SVTH: TRƯƠNG TRỌNG HIÉU > Bước 4: Tải catalogue theo công suất turbine giỏ chọn Từ menu bar ta chọn: File -> Load -> Load Wind turbine Catalog (hoặc Cfrl +2) B3 AEPjCalcuktion Close I Time step: 10 [min] Hộp thoại lựa chọn xuất hiện, lúc chọn file WTG Catalogue -ỳ Open -iT1 t AEP Software S-earch AEP Software Organize^ New Folder > Favorites Name Date modified Type Fvl Desktop @ LOAD DEMAND 19X04/2015 3:50 PM Microsoft Office E LOAD DEMAND CON DAO m MAU LOAD PROFILE 27/04/2015 5:30 PM 29/01/2015 S:44 AM Microsoft Office E Microsoft Office E WIND SPEED DATA 16/04/2015 7:50 PM Microsoft Office E WIND SPEED DATA CON DAO 26/04/2015 2:02 PM Microsoft Office E WIN:D_DIESEL_BATTERY CALCULATION s WSD 30/01/2015 9:19 PM 29/10/2014 10:06 Microsoft Office E Microsoft Office E 10/05/2015 923 AM Microsoft Office E 471 Downloads Recent Places Libraries = /■I Documents aft Music (£1 Picture' WTG.CATALOGUE H Videos I*- Computer & Local Disk (Cl) DATA (D:) Bước 5: Tính tốn sản lượng điện hàng năm Từ Menu -ỳ Calculate File Plot Calculate I Wind Rose Diesel-Battery Sau tính tốn, phần mềm hiển thị đồ thị bảng kết tổng hợp dựa số liệu ban đầu Đồ thị thống kê số liệu theo thực tế theo hàm phân phối Weibull Trên đồ thị thể kết tính tốn thơng số đặc trưng gió: thơng số hình dạng k, thơng số tỷ lệ A, vận tốc trung bình, trung vị, độ lệch chuẩn, mật độ cơng suất Ngồi ra, phần mềm hiển thị biểu đồ thống kê số liệu vận tốc gió biểu đồ sản lượng điện hàng năm hình bên - 84 - GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC sĩ - 85 - GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC sĩ - 86 - GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC sĩ - 87 - GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC sĩ - 88 - GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC sĩ - 89 - GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC sĩ - 90 - GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC sĩ - 91 - GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC sĩ - 92 - GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC sĩ - 93 - GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC sĩ - 94 - GVHD: TS NGUYỄN THỂ BẢO SVTH: TRUONG TRỌNG HIẾU LUẬN VĂN THẠC sĩ 123 - 95 - ... đề tài: Khảo sát & Tính tốn thiết kế hệ thống điện gió kết hợp Diesel cho huyện Côn Đảo ' làm luận văn cung cấp thêm thông tin khoa học phục vụ cho việc xây dựng nhà máy điện gió Côn Đảo tài... Cơng nghệ Nhiệt Mã số: 605280 TÊN ĐỀ TÀI: Khảo sát tính tốn thiết kế hệ thống điện gió kết hợp Diesel cho Cơn Đảo II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • Khảo sát thu thập liệu bao gồm: số liệu vận tốc gió trung... Nội dung nghiền cứu • Đánh giá tiềm gió dựa số liệu khảo sát • Ước tính sản lượng điện hàng năm • Tính tốn thiết kế hệ thống điện gió kết hợp với hệ thống Diesel • Phân tích, đánh giá hiệu kinh