BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
LÊ THỊ HỒNG LAM
PHÂN TÍCH VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ
NỐI LƯỚI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
LÊ THỊ HỒNG LAM
PHÂN TÍCH VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ
NỐI LƯỚI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. HUỲNH CHÂU DUY
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Huỳnh Châu Duy
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ Tp. HCM
ngày … tháng … năm …
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)
TT
1
2
3
4
5
Họ và tên
Chức danh Hội đồng
Chủ tịch
Phản biện 1
Phản biện 2
Ủy viên
Ủy viên, Thư ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Tp. HCM, ngày___tháng___năm 2018
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Lê Thị Hồng Lam
Giới tính: Nữ
Ngày, tháng, năm sinh:
Nơi sinh:
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
MSHV:
I- Tên đề tài:
Phân tích vận hành hệ thống điện gió nối lưới
II- Nhiệm vụ và nội dung:
- Tổng quan tình hình khai thác và sử dụng nguồn năng lượng gió.
- Nghiên cứu hệ thống điện gió nối lưới.
- Nghiên cứu vận hành hệ thống điện gió nối lưới.
- Mô phỏng vận hành hệ thống điện gió nối lưới.
III- Ngày giao nhiệm vụ:
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
V- Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Huỳnh Châu Duy
CÁN BỘ HUỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)
KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
LỜI CAM ÐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng đuợc ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã
đuợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đuợc chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
Lê Thị Hồng Lam
LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên, em xin chân thành cám ơn các Thầy Cô của Trường Đại học Công
nghệ Tp. HCM, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Khoa học Kỹ thuật HUTECH đã
hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa học và đề tài luận văn.
Đặc biệt, em xin chân thành cám ơn Thầy, PGS. TS. Huỳnh Châu Duy đã tận
tình hướng dẫn, giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quý báo cho việc hoàn thành
Luận văn này.
Cuối cùng, em xin cảm ơn tập thể lớp 16SMĐ11, đồng nghiệp và gia đình đã
giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thực hiện Luận văn của em.
Lê Thị Hồng Lam
Tóm tắt
Các phân tích cho thấy rằng tiềm năng nguồn điện năng lượng gió là rất
cao và ngày càng được phép tham gia nhiều vào cơ cấu nguồn điện của hệ
thống điện. Từ thực tế này đã dẫn đến nhu cầu nghiên cứu phân tích vận hành
hệ thống điện gió nối lưới là cần thiết. Luận văn "Phân tích vận hành hệ
thống điện gió nối lưới" được đề xuất nghiên cứu mà bao gồm các nội dung
như sau.
Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho công tác vận hành hệ thống điện, đặc
biệt trong trường hợp hệ thống điện có xem xét các nguồn năng lượng tái tạo
như nguồn năng lượng điện gió.
Trong luận văn này máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép được lựa
chọn trong khảo sát của hệ thống điện. Đây là một trong những loại máy phát điện
được sử dụng phổ biến trong hệ thống điện gió công suất lớn.
+ Chương 1: Giới thiệu chung
+ Chương 2: Cơ sở lý thuyết phân tích hệ thống điện gió
+ Chương 3: Mô hình toán của máy phát điện gió không đồng bộ nguồn
kép
+ Chương 4: Mô phỏng phân tích vận hành hệ thống điện gió nối lưới
+ Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai
Abstract
Analyzes show that the potential for wind power is very high and more
and more are allowed to participate in the source structure of the power system.
This fact has led to the demand for research and analysis of the operation of
grid connected wind power systems.
The thesis "Operation analysis of grid-connected wind power systems"
is proposed research that includes the following contents.
Research results are the basis for the operation of the power system,
especially in the case of power systems considering renewable energy sources
such as wind power.
In this thesis, doubly-fed induction generator (DFIG) is selected to
research for the power system including wind energy sources. This is one of the
generators commonly used in wind power systems with a high power.
The thesis contents are:
+ Chapter 1: Introduction
+ Chapter 2: Background to analysis of wind power systems
+ Chapter 3: Mathematic model of a doubly-fed induction generator
+ Chapter 4: Simulation result
+ Chapter 5: Conclusion and future work
i
MỤC LỤC
Mục lục ...................................................................................................... i
Danh sách hình vẽ .................................................................................... iii
Danh sách bảng .........................................................................................vi
Chương 1 - Giới thiệu chung ...................................................................1
1.1. Giới thiệu ............................................................................................1
1.2. Tiềm năng và tình hình khai thác điện gió tại Việt Nam ......................7
1.3. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước .......................................8
1.4. Mục tiêu đề tài .................................................................................. 13
1.5. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 13
1.6. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 13
1.7. Bố cục của luận văn .......................................................................... 13
Chương 2 - Cơ sở lý thuyết phân tích hệ thống điện gió ...................... 14
2.1. Giới thiệu .......................................................................................... 14
2.2. Cấu tạo của hệ thống tuabin gió ....................................................... 15
2.3. Trụ đỡ tuabin gió ............................................................................... 16
2.4. Cánh quạt và trục cánh quạt .............................................................. 18
2.5. Động cơ điều chỉnh cánh quạt và điều khiển hướng tuabin ................ 19
2.6. Hệ thống hãm .................................................................................... 20
2.7. Hộp số chuyển đổi tốc độ và hệ thống điều khiển cánh quạt .............. 21
2.8. Vỏ tuabin .......................................................................................... 21
2.9. Máy phát điện tuabin gió ................................................................... 21
2.10. Phương pháp nối lưới cho hệ thống máy phát điện gió .................... 25
2.11. Phân bố công suất hệ thống điện bằng phương pháp Gauss - Seidel . 26
2.12. Phân bố công suất hệ thống điện bằng phương pháp Newton - Raphson
................................................................................................................. 28
ii
Chương 3 - Mô hình toán của máy phát điện gió không đồng bộ
nguồn kép ............................................................................................... 33
3.1. Giới thiệu .......................................................................................... 33
3.2. Mô hình toán tuabin gió .................................................................... 33
3.3. Biến đổi các đại lượng pha sang đại lượng vector không gian ........... 35
3.4. Mô hình toán của máy phát điện không đồng bộ nguồn kép trong hệ
trục tọa độ tĩnh αβ ................................................................................... 38
3.5. Mô hình toán của máy phát điện không đồng bộ nguồn kép trong hệ
trục tọa độ quay dp ................................................................................... 41
3.6. Điều khiển công suất của DFIG ......................................................... 43
Chương 4 - Mô phỏng phân tích vận hành hệ thống điện gió nối lưới 50
4.1. Giới thiệu .......................................................................................... 50
4.2. Kết quả mô phỏng ............................................................................. 71
4.2.1. Tốc độ gió không đổi ..................................................................... 72
4.2.2. Tốc độ gió thay đổi ........................................................................ 77
4.2.3. Tốc độ gió thay đổi và ngắn mạch 3 pha tại thanh cái B25 ............. 83
Chương 5 - Kết luận và hướng phát triển tương lai ............................. 88
5.1. Kết luận ............................................................................................. 88
5.2. Hướng phát triển tương lai ................................................................. 88
Tài liệu tham khảo .................................................................................. 89
iii
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 2.1. Các dạng tuabin gió .................................................................. 14
Hình 2.2. Cấu tạo của hệ thống tuabin gió trục ngang .............................. 15
Hình 2.3. Cột thép tròn ............................................................................. 16
Hình 2.4. Cột tháp khung gian ................................................................. 17
Hình 2.5. Cột tháp dạng dây nối đất ......................................................... 18
Hình 2.6. Cánh quạt ................................................................................. 18
Hình 2.7. Trục cánh quạt .......................................................................... 19
Hình 2.8. Động cơ điều chỉnh góc nghiêng của cánh tuabin ..................... 19
Hình 2.9. Động cơ điều chỉnh hướng tuabin ............................................. 20
Hình 2.10. Hệ thống hãm tuabin .............................................................. 20
Hình 2.11. Hộp số chuyển đổi tốc độ ....................................................... 21
Hình 2.12. Võ tuabin ................................................................................ 21
Hình 2.13. Đặc tính moment quay của máy điện không đồng bộ .............. 23
Hình 2.14. Hệ thống điện tuabin gió sử dụng máy phát điện DFIG .......... 24
Hình 2.15. Mô hình kết nối nhà máy điện gió vào lưới điện ..................... 25
Hình 3.1. Đặc tính của Cp(λ, β) ................................................................ 34
Hình 3.2. Nguyên lý vector trong không gian ........................................... 36
Hình 3.3. Trục của dây quấn stator và rotor trong hệ trục dq .................... 41
Hình 3.4. Sơ đồ tương đương mô hình toán của DFIG trong hệ trục tọa độ
tham chiếu dq quay với tốc độ đồng bộ .................................................... 43
Hình 3.5. Sơ đồ điều khiển dòng công suất trao đổi giữa stator DFIG và
lưới điện .................................................................................................. 44
Hình 3.6. Định hướng hệ trục tọa độ dq theo vectơ điện áp lưới ............... 44
Hình 3.7. Giản đồ vectơ điện áp lưới và vectơ từ thông stator .................. 46
Hình 3.8. Giản đồ vectơ dòng, áp và từ thông của DFIG .......................... 47
Hình 3.9. Giá trị tham chiếu điều khiển dòng điện stator được tính từ công
suất đặt .................................................................................................... 48
iv
Hình 4.1. Hệ thống điện gió nối lưới ........................................................ 51
Hình 4.2. Mô hình nhà máy điện gió 9 MW với 6 tuabin gió 1,5 MW ...... 51
Hình 4.3. Thông số máy phát điện DFIG của nhà máy điện gió ............... 52
Hình 4.4. Thông số tuabin gió của nhà máy điện gió ................................ 53
Hình 4.5. Đặc tính công suất của tuabin gió ............................................. 54
Hình 4.6. Thông số điều khiển hệ thống điện tuabin gió ........................... 55
Hình 4.7. Các mô hình đường dây của hệ thống điện gió ......................... 56
Hình 4.8. Các thông số của 2 mô hình đường dây 10 km và 20 km .......... 58
Hình 4.9. Máy biến áp kết nối nhà máy điện gió với lưới điện ................. 59
Hình 4.10. Máy biến áp nối lưới điện với hệ thống điện ........................... 60
Hình 4.11. Hệ thống điện ......................................................................... 63
Hình 4.12. Máy biến áp nối đất qua điện trở tạo trung tính giả ................. 64
Hình 4.13. Tải 500 kW ............................................................................. 65
Hình 4.14. Hệ thống tải ............................................................................ 67
Hình 4.15. Máy biến áp phân phối của hệ thống tải .................................. 68
Hình 4.16. Tải trở của hệ thống tải ........................................................... 69
Hình 4.17. Tải động cơ của hệ thống tải ................................................... 69
Hình 4.18. Thông số tải động cơ của hệ thống tải ..................................... 70
Hình 4.19. Tụ bù nâng cao hệ số công suất .............................................. 71
Hình 4.20. Tốc độ gió không đổi .............................................................. 72
Hình 4.21. Điện áp thứ tự thuận tại thanh cái B575 với tốc độ gió không
đổi ........................................................................................................... 72
Hình 4.22. Cường độ dòng điện thứ tự thuận tại thanh cái B575 với tốc
gió không đổi ........................................................................................... 73
Hình 4.23. Góc nghiêng cánh tuabin gió với tốc độ gió không đổi ............ 73
Hình 4.24. Điện áp thứ tự thuận tại thanh cái B2300 của hệ thống tải với
tốc độ gió không đổi ................................................................................ 74
Hình 4.25. Cường độ dòng điện thứ tự thuận tại thanh cái B2300 của hệ
thống tải với tốc độ gió không đổi ............................................................ 74
Hình 4.26. Tốc độ động cơ tải của hệ thống tải tại thanh cái B2300 với
v
tốc độ gió không đổi ................................................................................ 75
Hình 4.27. Tốc độ gió thay đổi ................................................................. 77
Hình 4.28. Điện áp thứ tự thuận tại thanh cái B575 với tốc độ gió thay
đổi ........................................................................................................... 78
Hình 4.29. Cường độ dòng điện thứ tự thuận tại thanh cái B575 với tốc độ
gió thay đổi .............................................................................................. 78
Hình 4.30. Góc nghiêng cánh tuabin gió với tốc độ gió thay đổi .............. 79
Hình 4.31. Điện áp thứ tự thuận tại thanh cái B2300 của hệ thống tải với
tốc độ gió thay đổi ................................................................................... 79
Hình 4.32. Cường độ dòng điện thứ tự thuận tại thanh cái B2300 của hệ
thống tải với tốc độ gió thay đổi ............................................................... 80
Hình 4.33. Tốc độ động cơ tải của hệ thống tải tại thanh cái B2300 với
tốc độ gió thay đổi ................................................................................... 80
Hình 4.34. Điện áp thứ tự thuận tại thanh cái B575 với tốc độ gió thay đổi
và ngắn mạch 3 pha tại thanh cái B25 ...................................................... 83
Hình 4.35. Cường độ dòng điện thứ tự thuận tại thanh cái B575 với tốc độ
gió thay đổi và ngắn mạch 3 pha tại thanh cái B25 ................................... 84
Hình 4.36. Điện áp thứ tự thuận tại thanh cái B2300 của hệ thống tải với
tốc độ gió thay đổi và ngắn mạch 3 pha tại thanh cái B25 ........................ 84
Hình 4.37. Cường độ dòng điện thứ tự thuận tại thanh cái B2300 với tốc
độ gió thay đổi và ngắn mạch 3 pha tại thanh cái B25 .............................. 85
Hình 4.38. Tốc độ động cơ tải của hệ thống tải tại thanh cái B2300 với tốc
độ gió thay đổi và ngắn mạch 3 pha tại thanh cái B25 .............................. 85
vi
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1. Sự phát triển của tuabin gió từ 1995 đến 2015 ............................1
Bảng 1.2. Lịch sử tuabin gió ......................................................................4
Bảng 1.3. Hoạt động của các tuabin gió loại công suất lớn .........................5
1
Chương 1
Giới thiệu chung
1.1. Giới thiệu
Năng lượng gió được sử dụng cách đây 3.000 năm. Đến đầu thế kỉ 20,
năng lượng gió được dùng để cung cấp năng lượng cơ học như bơm nước hay
xay ngũ cốc. Vào đầu kỉ nguyên công nghiệp hiện đại, nguồn năng lượng gió
được sử dụng để thay thế năng lượng hóa thạch hay hệ thống điện nhằm cung
cấp nguồn năng lượng thích hợp hơn.
Đầu những năm 1970, do khủng hoảng giá dầu, việc nghiên cứu năng
lượng gió được quan tâm. Vào thời điểm này, mục tiêu chính là dùng năng
lượng gió cung cấp năng lượng điện thay thế cho năng lượng cơ học. Việc này
đã làm cho năng lượng gió trở thành nguồn năng lượng đáng tin cậy và thích
hợp nhờ sử dụng nhiều kĩ thuật năng lượng khác – thông qua lưới điện dùng
như nguồn năng lượng dự phòng.
Tuabin gió đầu tiên dùng để phát điện được phát triển vào đầu thế kỉ 20.
Kĩ thuật này được phát triển từng bước một từ đầu những năm 1970. Cuối
những năm 1990, năng lượng gió trở thành một trong những nguồn năng lượng
quan trọng nhất. Trong những thập kỉ cuối của thế kỉ 20, tổng năng lượng gió
trên toàn thế giới tăng xấp xỉ gấp đôi sau mỗi 3 năm. Chi phí điện từ năng
lượng gió giảm xuống còn 1/6 so với chi phí của đầu những năm 1980. Và xu
hướng giảm này vẫn tiếp tục. Các chuyên gia dự đoán rằng tổng năng lượng
tích lũy trên toàn thế giới hằng năm sẽ tăng khoảng 25% một năm và chi phí sẽ
giảm khoảng 20% - 40%.
Kĩ thuật năng lượng gió phát triển rất nhanh vể mọi mặt. Cuối năm
1989, việc chế tạo một tuabin gió công suất 300 kW, có đường kính rotor 30 m
đòi hỏi kĩ thuật tối tân. Nhưng chỉ trong 10 năm sau đó, một tuabin gió công
suất 2.000 kW có đường kính rotor vào khoảng 80 m đã được sản xuất đại trà.
Tiếp theo đó, dự án dùng tuabin gió công suất 3 MW có đường kính rotor 90 m
được lắp đặt vào cuối thế kỉ 20. Hiện tại, tuabin gió công suất 3 – 3,6 MW đã
2
được thương mại hóa. Bên cạnh đó, tuabin gió công suất 4 – 5 MW đã được
phát triển hay chuẩn bị kiểm tra trong một số dự án và tuabin gió công suất 6 –
7 MW đang được phát triển trong tương lai gần. Bảng 1.1 trình bày về sự phát
triển của tuabin gió từ năm 1985 đến năm 2015.
Bảng 1.1. Sự phát triển của tuabin gió từ 1985 đến 2015
Năm
Đường kính rotor (m)
Công suất (kW)
1985
50
15
1989
300
30
1992
500
37
1994
600
46
1998
1.500
70
2003
3.000 – 3.600
90 – 104
2015
4.500 – 5.000
112 – 128
Lịch sử phát triển năng lượng gió được chia làm hai phần:
+ Sử dụng tài nguyên tự nhiên gió để tạo ra năng lượng cơ học.
+ Sử dụng tài nguyên tự nhiên gió để tạo ra năng lượng điện.
a. Sản xuất năng lượng cơ học
Cối xay sớm nhất được ghi nhận là cối xay gió trục đứng. Những cối
xay gió này có thể được miêu tả như một thiết bị kéo đơn giản. Chúng được
dùng ở vùng cao nguyên Afghan để xay ngũ cốc từ thế kỉ thứ 7 trước công
nguyên.
Chi tiết đầu tiên về cối xay gió trục ngang được tìm thấy trong tài liệu
lịch sử ở vùng Persia, Tibet và Trung Quốc vào khoảng 1.000 năm sau công
nguyên. Loại cối xay gió này cán và cánh ngang xoay vòng trong mặt phẳng
đứng. Cối xay gió trục ngang trải dài từ vùng Ba Tư và Trung Đông đến vùng
Midterranean và trung tâm Châu Âu. Cối xay gió trục ngang đầu tiên xuất hiện
ở Anh vào khoảng năm 1150, 1180 ở Pháp, 1190 ở Phần Lan, 1222 ở Đức và
1259 ở Đan Mạch. Sự phát triển nhanh chóng là do bị ảnh hưởng do cuộc viễn
3
chinh chữ thập (ở Châu Âu), được biết đến như sự kiện lịch sử về cối xay gió
từ Ba Tư đến nhiều nơi ở Châu Âu.
Ở Châu Âu, cối xay gió được phát triển vào khoảng giữa thế kỉ 12 và thế
kỉ 19. Vào cuối thế kỉ 19, đặc trưng của cối xay gió Châu Âu là dùng cánh quạt
có đường kính 25 m, và thân đạt tới 30 m. Cối xay gió không chỉ dùng để xay
ngũ cốc mà còn dùng để tiêu nước ở hồ và đầm lầy. Tới năm 1800, có khoảng
20.000 cối xay gió hoạt động ở Pháp, và 90% năng lượng dùng trong công
nghiệp ở Hà Lan là sử dụng năng lượng gió. Việc công nghiệp hóa đã làm suy
giảm dần việc sử dụng cối xay gió, nhưng trong năm 1904 năng lượng gió vẫn
cung cấp 11% trong công nghiệp năng lượng ở Hà Lan và ở Đức có hơn 18.000
đơn vị.
Khi cối xay gió bắt đầu suy giảm ở Châu Âu, thì cối xay gió mới có mặt
ở Bắc Mĩ nhờ những người khai hoang. Cối xay gió nhỏ dùng để bơm nước
cho thú nuôi là phổ biến. Nổi tiếng nhất là cối xay gió của người Mĩ, hoạt động
tự điều chỉnh có nghĩa là chúng có thể hoạt động mà không suy giảm. Cơ chế
tự điều chỉnh hướng cánh quạt theo hướng gió trong lúc vận tốc gió cao. Kiểu
cối xay gió của Châu Âu thường phải xoay ra theo hướng gió hay cánh quạt
cuốn lại khi có gió lớn để tránh phá hủy cối xay gió. Sự phổ biến của cối xay
gió đạt đỉnh điềm vào giữa năm 1920 và năm 1930, với khoảng 60.000 đơn vị
được lắp đặt. Nhiều kiểu cối xay gió của người Mĩ hiện vẫn được sử dụng cho
mục đích nông nghiệp trên toàn thế giới.
b. Sản xuất năng lượng điện
Trong năm 1891, Dane Poul LaCour đã chế tạo tuabin gió đầu tiên phát
ra điện. Các kĩ sư Đan Mạch đã phát triển kĩ thuật để bổ sung năng lượng thiếu
trong chiến tranh thế giới thứ nhất và thứ hai. Tuabin gió của công ty Đan
Mạch, F. L. Smidth chế tạo trong năm 1941 – 1942 có thể được xem là nguyên
mẫu đầu tiên của tuabin gió phát điện ngày nay. Tuabin gió Smidth đầu tiên sử
dụng cánh máy bay dựa trên kĩ thuật tiên tiến của ngành máy bay cùng thời.
Vào cùng thời điểm đó, một người Mĩ Palmer Putnam đã chế tạo tuabin gió
khổng lồ cho Công ty Mĩ Morgan Smith Co., có đường kính 53 m. Tuabin gió
4
này không chỉ khác ở kích thước to lớn mà kĩ thuật chế tạo cũng khác biệt. Kĩ
thuật của người Đan Mạch cơ bản dựa trên cánh quạt theo chiều gió đang thổi
với sự điều khiển ngừng quay, hoạt động ở tốc độ chậm. Kĩ thuật của Putnam
cơ bản dựa trên cánh quạt theo hướng gió thổi với bộ điều chỉnh tốc độ. Tuy
nhiên, tuabin gió của Putnam vẫn chưa thành công. Nó được dỡ bỏ vào năm
1945. Bảng 1.2 trình bày tổng quan về lịch sử của tuabin gió.
Bảng 1.2. Lịch sử tuabin gió
Tuabin và
Đường
nước sản
kính
xuất
(m)
Poul LaCour,
Đan Mạch
Smith
Diện
tích
quét
(m2)
Công
suất
(kW)
Công
suất
riêng
(kW/m2)
Số
Chiều
cánh cao tháp
quạt
(m)
Ngày
ra đời
23
408
18
0,04
4
34
1891
53
2.231
1.250
0,56
2
34
1941
17
237
0,21
3
24
1941
24
456
70
0,15
3
24
1942
24
452
200
0,44
3
25
1957
34
908
100
0,11
2
22
1958
–
Putnam,
USA
F.L. Smidth,
Đan Mạch
F. L. Smidth,
Đan Mạch
Gedser, Đan
Mạch
Hutter, Đức
Sau chiến tranh thế giới thứ hai, ở Đan Mạch, Johannes Juul đã cải tiến
kĩ thuật thiết kế của người Đan Mạch. Tuabin gió của anh ta, được đặt ở Gedser
– Đan Mạch, phát 2,2 triệu kWh từ năm 1956 và 1967. Vào cùng thời điểm đó,
gia đình German Hutter đã phát triển một kĩ thuật thiết kế mới. Tuabin gió gồm
2 cánh mỏng bằng nhựa đón theo hướng gió thổi của tháp trên trục quay.
Tuabin gió này nổi tiếng về hiệu suất cao.
5
Trái lại sự thành công của tuabin gió Juul và Huuter, việc nghiên cứu
tuabin gió công suất lớn bị ngưng sau chiến tranh thế giới thứ hai. Chỉ có loại
tuabin gió công suất nhỏ cho hệ thống công suất ở vùng sâu vùng xa hay sạc
pin là còn được quan tâm. Việc khủng hoảng giá dầu đầu những năm 1970,
năng lượng gió mới được quan tâm trở lại. Kết quả là tài chính hỗ trợ cho
nghiên cứu và phát triển năng lượng gió đã được đầu tư. Các nước như Đức,
Mĩ và Thụy Điển đã nghiên cứu phiên bản tuabin gió công suất lớn (vào
khoảng MegaWatt).
Bảng 1.3. Hoạt động của các tuabin gió loại công suất lớn
Đường
Tuabin và
nước sản xuất
kính
(m)
Diện
tích
quét
(m2)
Công
Công
Giờ
suất
Thời
suất
hoạt
đã
gian hoạt
(MW)
động
phát
động
(GWh)
Mod – 1, USA
60
2.827
2
0,75
0,75
1979 – 83
Growian, Đức
100
7.854
3
420
0,75
1981 – 87
53
2.236
1,25
695
0,2
1941 – 45
78
4.778
4
7.200
16
1982 – 94
40
1.257
0,63
8.414
2
1979 – 93
60
2.827
3
8.441
6
1987 – 82
91
6.504
2,5
8.658
15
1982 – 88
75
4.418
2
11.400
13
1983 – 88
38
1.141
0,2
13.045
1
1977 – 82
Smith
–
Putnam, USA
WTS – 4, USA
Nibe A, Đan
Mạch
WEG LS – 1,
GB
Mod – 2, USA
Nasudden
I,
Thụy Điển
Mod
USA
–
OA,
6
Tjæreborg, Đan
Mạch
École, Canada
Mod
–
5B,
USA
Maglarp WTS –
3, Thụy Điển
Nibe
B,
Đan
Mạch
Tvind,
Mạch
Đan
61
2.922
2
14.175
10
1988 – 93
64
4.000
3,6
19.000
12
1987 – 93
98
7.466
3,2
20.561
27
1987 – 92
78
4.778
3
26.159
34
1982 – 92
40
1.257
0,63
29.400
8
1980 – 93
54
2.290
2
50.000
14
1978 – 93
Tuy nhiên, do mô hình hệ thống hỗ trợ đặc biệt từ chính phủ ở một số
nước như Đan Mạch nên việc phát triển trong việc sử dụng năng lượng gió vẫn
có những bước tiến. Mô hình hệ thống quan trọng nhất là Public Utility
Regulatory Policies Act (PURPA), thông qua bởi Quốc hội Mĩ vào 11/1978.
Với động thái này, Tổng thống Carter và Quốc hội hướng tới tăng việc dân
dụng hóa sự chuyển đổi năng lượng và hiệu suất và qua đó giảm sự phụ thuộc
của quốc gia vào năng lượng hóa thạch. PURPA kết hợp với khoản tín dụng
thuế đặc biệt cho hệ thống năng lượng mới nhằm tạo ra bước ngoặt trong công
nghiệp năng lượng gió đầu tiên trong lịch sử. Dọc theo dãy núi phía Đông của
Francisco và phía Đông Bắc của Los Angeles, nhà máy điện gió rộng lớn được
thiết lập. Hơn một năm, kích thước của tuabin gió tăng lên khoảng 200 kW vào
cuối những năm 1980. Hầu hết, tuabin gió đều được nhập từ Đan Mạch, nơi
công ty Poul LaCour và Johannes Juul đã có những bước tiến xa trong kĩ thuật
thiết kế tuabin gió hướng theo chiều gió đang thổi với bộ điều chỉnh tốc độ.
Vào cuối những năm 1980, khoảng 15.000 tuabin gió công suất trên khoảng
1.500 MW được lắp đặt ở California.
Cũng vào thời điểm này, tài chính hỗ trợ cho năng lượng gió giảm
xuống ở Mĩ nhưng tăng lên ở Châu Âu và sau đó là Ấn Độ. Trong những năm
1990, Châu Âu hỗ trợ mô hình dựa chủ yếu trên thuế nuôi cố định cho sản xuất
- Xem thêm -