Đánh giá tiềm năng gió
DESCRIPTION
Bài trình bày 7 trong khoá huấn luyện về đo gió (TP HCM, 10-19/10/2011)TRANSCRIPT
ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG GIÓTư vấn và Đào tạo cho Chương trình đo
gió tại Việt Nam
TP. Hồ Chí Minh, 11/10/2011
German ProfEC GmbH, Mathias Hölzer (Dipl.Phys, Dipl.-Päd.),Ahornstr. 10, D-49744 Geeste, Germany
www.german-profec.com, [email protected]
Nội dung trình bày
● Kỹ thuật đo gió
● Số liệu đo gió
● Đồ thị tốc độ gió --> phân bố tần suất tốc độ gió
● Các tham số Weibull– Tham số hình dạng k– Tham số qui mô A (hoặc c) đo bằng m/s
● Các ví dụ về phân bố tần suất tốc độ gió
2
Các đặc điểm gió
● Thay đổi lớn theo thời gian● Trong vài giây, gió có thể tăng tốc độ lên 2 hoặc 3 lần
(nghĩa là công suất tăng từ 8 đến 27 lần!)
3
Đo gió● Rất quan trọng (vì Pwind ~ v3) để
– Chọn địa điểm– Đo hoặc xác minh đường cong công suất– Theo dõi hiệu quả vận hành các tuabin gió
● Sai sót nhỏ trong ước tính tốc độ gió sẽ có ảnh hưởng lớn đến sản lượng điện hoặctải trọng trên tuabin
● Thông thường, các thiết bị đo gió (anenometer) được sử dụng để đo gió và gồm cócác loại sau:– Máy đo gió kiểu chén– Máy đo gió kiểu cánh quạt– Máy đo gió siêu âm– Máy đo gió dây nhiệt– Các thiết bị “kỹ thuật cao” khác
4
Máy đo gió kiểu chén
● Bánh xe gió trục đứng nhỏ
● Tốc độ quay tỷ lệ với tốc độ gió
● Phần lớn có tín hiệu tần số (quangđiện tử)
● Được sử dụng phổ biến nhất, đủ chohầu hết các nhiệm vụ liên quan đếncông nghệ gió
● Nhiều cấp độ chất lượng
5
Máy đo gió kiểu cánh quạt
● Bánh xe gió trục ngang nhỏ
● Cần quay về hướng gió
● Phức tạp hơn về mặt cơ học – cầncó cơ chế chỉnh theo hướng gió
● Có thể xảy ra các hiệu ứng cộnghưởng giữa tốc độ cánh quạt vớichỉnh hướng gió
6
Máy đo gió siêu âm● Các bộ thụ cảm siêu âm xếp thành nhiều cặp (loa
– micro)
● Sóng áp lực di chuyển với tốc độ âm thanh
● Tốc độ gió chồng lên âm thanh, dẫn đến thời gianchuyển tiếp khác nhau
● Không chỉ đo tốc độ gió mà còn đo cả hướng gió(nhờ xếp chồng nhiều đoạn đo)
● Không bị ảnh hưởng bởi bụi, chất bẩn và mưa
● Không có các cấu kiện cơ khí
s
7
Các thiết bị kỹ thuật cao khác
Thiết bị đo gió dạng cánh - Laser
Thiết bị đo gió dạng hình cầu
8
Data logger (thiết bị thu thập và lưu trữ dữ liệu) – các yêu cầutối thiểu
● Thu thập và lưu trữ dữ liệu chuỗi thời gian (trung bình 10 phút hoặc 1 tiếng)
● Có các kênh bao gồm 3 (hoặc hơn) cho tốc độ gió, hướng gió, áp suấtkhông khí, 2 (hoặc hơn) cho nhiệt độ và độ ẩm
● Chạy bằng điện từ pin mặt trời và pin thường
● Là hệ thống lưu trữ dữ liệu an toàntrong trường hợp mất điện
● Khả năng lưu trữ dữ liệu tối thiểu trong 2 tháng
9
Khái niệm đo bao gồm so sánh với số liệu dài hạn
Địa điểm tham chiếu:
Đo dài hạn, bao gồm khoảng thời gian đo ngắn hạn
Địa điểm dự đoán:
Dự đoán dài hạn Đo ngắn hạn
10
Sự biến thiên của tốc độ gió trung bình hàng năm trong khoảngthời gian dài
45 năm số liệu
40%
60%
80%
100%
120%
140%
160%
180%
1959 1964 1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999
0 m/s
2 m/s
4 m/s
6 m/s
8 m/s
10 m/s
12 m/s
14 m/sNormalised Average Production
vwind_hub-height
10 years sliding average (production)
11
ĐoĐịa điểm tham chiếu: Có số liệu đo dài hạn + số liệungắn hạn (chuỗi thời gian)
Địa điểm tham chiếu: Có số liệu đo dài hạn + số liệungắn hạn (chuỗi thời gian)
Địa điểm dự đoán: Thời gian trung bình tươngthích với địa điểm tham chiếu
Địa điểm dự đoán: Thời gian trung bình tươngthích với địa điểm tham chiếu
Tương quan(Hồi quy) 12 cung mỗi
cung 30 độ
Tương quan(Hồi quy) 12 cung mỗi
cung 30 độTương quan
Dự đoán phân bố tốc độ giódài hạn tại địa điểm dự đoán
Dự đoán phân bố tốc độ giódài hạn tại địa điểm dự đoán Dự đoán
Lập tương quan dài hạn trong phương pháp Đo – Tươngquan – Dự đoán (MCP)
12
Sensors for wind meteorological measurement campaign
Sensor Mast 1 Mast 2 Mast 3 Mast 4
Anemometer at 50 m x x x x
Anemometer at 35 m x x x x
Anemometer at 20 m x x x x
Wind direction sensor at 48 m x x x x
Temperature sensor at 48 m x x x x
Temperature sensor at 10 m x - - -
Air pressure sensor at 3 m x x x x
Relative humidity at 48 m x x x x
Bố trí đo – Ví dụ
● Ví dụ về một chương trình đo ở độ cao 50 m
13
Bố trí đo - Ảnh hưởng của cột
Cột trụ tròn
Cột lưới
14
Kết quả đo đạc
● Đồ thị phân bố tốc độ gió tại các độ cao khácnhau
● Hàm phân bố Weibull theo cung đo tại các độ caokhác nhau
● Hệ số chênh tốc và gradient gió● Độ ổn định của khí quyển● Tiềm năng điện gió là hàm số của
– Hướng gió
– Độ cao so với mặt đất
– Thời gian (thời gian trong ngày, tháng)
● Bản đồ gió, bao gồm tất cả các kết quả trên
15
Tính toán sản lượng điện năng từ tốc độ gió
Số liệu chuỗi thời gianvề tốc độ gió
Số liệu chuỗi thời gianvề tốc độ gió
Đánh giá thống kê về số liệuchuỗi thời gian: các đồ thị
(histogram)
Đánh giá thống kê về số liệuchuỗi thời gian: các đồ thị
(histogram)
Áp dụng cho đường đặc tínhcông suất
Áp dụng cho đường đặc tínhcông suất
Xây dựng phân bố WeibullXây dựng phân bố Weibull
Tính toán sản lượng điện nănghàng năm dự kiến
Tính toán sản lượng điện nănghàng năm dự kiến
0
100
200
300
400
500
600
700
0 5 10 15 20
Wind Speed [m/s]
Pow
er [k
W]
Sản lượng điện năng hàngnăm AEP
Sản lượng điện năng hàngnăm AEP 16
Phân bố tốc độ gió trong một tháng
17
Phân bố tốc độ gió theo Weibull và Rayleigh
Vấn đề khi “lắp’ hàm phân bố vào đồ thị (các giá trị đo được)
18
ParameterShapek
ParameterScaleA
SpeedWindv
A
v
A
v
A
kvf
kk
=
=
=
−
=
−
exp)(
1
Phân bố Weibull
● Phân bố Weibull thể hiện phân bố tần suất tốcđộ gió
● Phân bố Weibull có thể “suy biến” thành haiphân bố đặc biệt sau:– Với k = 1,0: Phân bố hàm mũ– Với k = 2,0: Phân bố Rayleigh
● Trong điều kiện khí hậu Bắc Âu, các giá trị của k thường xấp xỉ 2,0
19
Tốc độ gió
Tham số qui mô
Tham số hìnhdạng
Hàm Weibull cho các tham số hình dạng khác nhau
VTB = 4 m/s trong mọi trường hợp20
Giá trị trung bình và độ lệch chuẩn (1)
● Tốc độ gió trung bình v trong khoảng thời gian cho trước T:
● Độ lệch chuẩn σ là biểu thức cho biết mức độ sai lệch so với giá trị trung bình và được tính như sau:
21
Giá trị trung bình và độ lệch chuẩn (2)
● Cả hai biểu thức này đều được sử dụng trong khí tượng học
● Đối với năng lượng gió, thực tế sử dụng các biểu thức này còn hạn chế
● Tuy nhiên, đối với năng lượng gió, các giá trị suy diễn có thể có ích
● Ví dụ như với cường độ nhiễu loạn, độ lệch chuẩn chia cho tốc độ gió trung bình:
● Thông thường, các đường cong năng lượng được sử dụng trong tính toán hiệu suấtnăng lượng sẽ chính xác với các chế độ gió có cường độ nhiễu loạn dưới 20%
22
Ứng dụng thực tế các tham sốWeibull – quy tắc chung
● Tham số qui mô chỉ cho biết giá trị tuyệt đối của tốc độ gió, đây khôngphải là tốc độ gió trung bình vTB (phép tính xấp xỉ: vTB ~ 0,9 · A)
● Với một khu vực cho trước, các tham số hình dạng k thường nằmtrong cùng một khoảng
● Nói chung, tham số hình dạng nằm trong cùng một khoảng đối vớicác khu vực có địa hình tương tự nhau, ví dụ như:
1,2 < k < 1,7 các khu vực đồi núi
1,8 < k < 2,5 các khu vực Bắc Mỹ, châu Âu và Á Âu2,5 < k < 3,0 tốc độ gió tăng do địa hình
3,0 < k < 4,0 gió mậu dịch hoặc chế độ gió mùa
23
Tổng kết
● Số liệu chuỗi thời gian tốc độ gió là cơ sở để đánh giá thống kê
● Các đồ thị histogram (= phân bố tần suất) được tạo ra bằngcách phân nhóm tốc độ gió
● Hàm Weibull là một mô tả toán học hợp lý cho các đồ thị tốc độgió
● Hai tham số (tham số qui mô A (hoặc C) và tham số hình dạngk) cho phép điều chỉnh hàm Weibull theo các phân bố tần suấtđo được
24