Tìm hiểu và nghiên cứu vấn đề đo gió, phục vụ đầu tư trang trại điện gió

TÌM HIỂU VÀ NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ ĐO GIÓ, PHỤC VỤ ĐẦU TƯ TRANG

TRẠI ĐIỆN GIÓ

LEARNING AND RESEARCH WIND MEASUREMENT PROBLEMS,

INVESTMENT SERVICES FARM WIND POWER

Nguyễn Bách Phúc(*), Trương Quang Vĩ (**)

(*)Viện Điện - Điện Tử - Tin Học Tp. HCM EEI

(**) Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM

TÓM TẮT

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa, phát triển năng lượng là rất quan trọng và cấp

bách. Nghiên cứu Ngân hàng Thế giới WB vào năm 2001 chỉ ra rằng Việt Nam có tiềm năng gió

lớn nhất trong 4 nước trong khu vực (Campuchia, Lào, Thái Lan và Việt Nam). Hơn 39% tổng diện

tích của Việt Nam được ước tính là có tốc độ gió trung bình hàng năm lớn hơn 6 m/s ở độ cao 65m,

tương đương tổng công suất 512 GW. Nhưng hiện nay Việt Nam mới chỉ có 3 trang trại gió được

xây dựng, phát điện và nối lưới, với tổng công suất 52 MW. Điều này là một sự lãng phí rất lớn, để

giải quyết được vấn đề này việc quan trọng hàng đầu là “Đo Gió”, nhằm đưa ra một kết quả tổng

thể và đáng tin cậy về tiềm năng gió trên toàn bộ lãnh thổ.

Bài báo giới thiệu công nghệ đo gió, thiết bị đo gió, phần mềm tính toán công suất và năng lượng

của một trang trại điện gió để đánh giá, kiểm tra tính khả thi của đầu tư trang trại điện gió. Qua

phần tìm hiểu Tác giả Đưa ra một bộ tài liệu tương đối đầy đủ về kỹ thuật và công nghệ đo gió, có

thể xem như là một Giáo trình đo gió phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Từ khóa: Đo Gió; Công nghệ Đo Gió; Giáo trình Đo Gió.

ABSTRACT

In the industrialization of modernization, energy development is very important and urgent. A

study by the World Bank in 2001 indicated that Vietnam had the largest wind potential among the

four countries in the region (Cambodia, Laos, Thailand and Vietnam). More than 39% of Vietnam's

total area is estimated to have an average annual wind speed of more than 6 m/s at 65 m, equivalent

to a total capacity of 512 GW. But now Vietnam has only three wind farms built, connected and

connected with a total capacity of 52 MW. This is a great waste to solve this problem. The top

priority is "Wind Measurement", which provides a comprehensive and reliable overall wind

potential.

The article introduces wind technology, wind instrumentation, power and energy calculation

software of a wind farm to assess and verify the feasibility of investment in wind farm. Throughout

the study The author Proposed a relatively comprehensive set of techniques and techniques of wind

measurement, can be considered as a wind curriculum suitable to Vietnam conditions.

Keywords: Wind Measurement; Wind Measurement Technology; Wind Measurement Curriculum.

1. GIỚI THIỆU

đo gió, tạo ra một công nghệ đo gió hoàn chỉnh

phục vụ cho ngành khí tượng.

Từ cuộc cách mạng khoa học công nghệ thứ

nhất, nhân loại đã nghiên cứu kỹ phương pháp

1

Những con số thống kê và đo đạc về gió thời đo Vận tốc gió V, Áp suất khí p, Nhiệt độ

không những có ở các nước tiên tiến, mà ở Việt khí T. Còn trong khí tượng chỉ cần 2 thông số

Nam đã có từ ngày người Pháp sang Việt Nam, chính là tốc độ gió và hướng gió [11].

với những Trạm đo gió rất nghiêm túc. Số liệu

Mục tiêu thứ hai là tính toán năng lượng điện

đo gió được lưu trữ rất cẩn thận cho đến tận

có thể cung cấp hàng năm của trang trại gió. Để

ngày hôm nay, từ đó người ta có những bản đồ

đạt được mục tiêu này, đo gió phát điện phải đo

gió rất chi tiết.

liên tục với tần số 1 Hz (nghĩa là 1 giây đo 1 số

Càng về sau công nghệ đo gió càng phát

liệu) và sau 10 phút thì tính toán giá trị trung

triển, nhưng nói chung công nghệ đo gió khí

bình các giá trị vừa đo được [2]. Vì vậy, trong

tượng thủy văn và công nghệ đo gió phục vụ

đo gió phát điện người ta phải dùng các máy đo

trang trại điện gió là hai công nghệ hoàn toàn

rất hiện đại, trang bị phần mềm để ghi chép và

khác nhau, mặc dù cả hai đều dùng máy đo gió

xử lý tự động. Thời gian đo đối với điện gió tối

nhưng công nghệ của chúng lại không giống

thiểu là 1 năm, mới có thể xác định công suất

nhau.

diễn biến từng tháng từng mùa trong năm.

2. CÔNG NGHỆ ĐO GIÓ

2.2 Các chỉ tiêu cần đo

2.1 Tổng quan

2.2.1 Tốc độ gió

Công nghệ đo gió cho khí tượng thủy văn

Việc đo đạc tốc độ gió sẽ được thực hiện

chủ yếu là để lấy các con số thống kê, lưu trữ

theo tiêu chuẩn IEC 61400-12-1. Để tính toán

con số thống kê, giúp cho con người căn cứ vào

tốc độ gió, một phương trình tuyến tính được áp

các con số thống kê đó để phục vụ cho công tác

dụng từ độ nghiêng của máy đo gió và độ lệch

dự báo thời tiết, dự báo khí tượng thủy văn,

giữa tốc độ gió thực và tốc độ quay của máy đo

phục vụ cho các công trình xây dựng, chủ yếu là

gió:

phục vụ cho việc thiết kế tính toán chống gió,

chống bão đảm bảo an toàn cho các công trình.

Slope.C  Offset : C  0







x

V_wind



0 : C_x 0

Còn đo gió cho trang trại điện gió thì có mục

tiêu hoàn toàn khác:

(3)

Trong đó:

Slope, Offset: Giá trị nhà sản xuất cung

cấp.

C_x: Giá trị của tần số từ bộ đếm C_x(Hz)

2.2.2 Nhiệt độ không khí

Mục tiêu thứ nhất là xác định công suất phát

điện tối đa, tối thiểu của vùng đất sẽ thiết kế xây

dựng trang trại điện gió. Để làm được điều này,

công nghệ đo gió phát điện trước hết phải xác

định đầy đủ các chỉ tiêu cần đo.

Căn cứ vào công thức tính công suất tức thời

của gió tại thời điểm đo:

Việc đo đạc nhiệt độ không khí phải được

thực hiện theo tiêu chuẩn IEC 61400-12-1. Thời

gian đo đạc tối thiểu là 12 tháng để đánh giá các

biến đổi theo mùa một cách phù hợp.

P = ½ ρ. A.V³(1)

Trong đó:

Để tính toán nhiệt độ không khí ta có phương

trình sau:

- A: Diện tích quét của cánh quạt Turbin

gió

- V: Vận tốc gió

T

[⁰C]

 Slope_[₀_{C / V]}.U_[V] Offset_[₀_C]

(4)

-

: Mật độ khí

Trong đó:

(2)

Slope, Offset: Giá trị nhà sản xuất cung

cấp.

p: Áp suất khí

R: Hằng số khí

T: Nhiệt độ khí

U_[V]: Giá trị của điện áp ngõ ra (V)

2.2.3 Áp suất không khí

Nên đo gió phát điện cần đo đạc đầy đủ các

thông số như công thức trên, cụ thể là phải đồng

Đo áp suất không khí,vị trí tốt nhất là gần độ

cao trục. Nếu cảm biến áp suất không khí được

2

lắp đặt gần độ cao của trục thì áp suất không khí

sẽ được đo lường theo ISO 2533.

2.3.2 Thời gian đo

Khoảng thời gian đo đạc tối thiểu là 12 tháng

Tín hiệu điện áp ngõ ra từ cảm biến độ ẩm tỷ liên tục, cho ít nhất 1 cột đo tại khu vực đo [2].

lệ độ ẩm thực tế:

Điều đó là cần thiết, để đánh giá sự biến đổi

theo tháng, theo mùa. Nếu có nhiều dữ liệu từ

nhiều cột, cần có sự đối chiếu giữa các cột khác

nhau để bổ sung các dữ liệu đo còn trống hay

các dữ liệu đo bị lỗi.

P

 Slope_{[mbar /V]}.U_[V] Offset_[mbar](5)

[mbar]

Trong đó:

Slope, Offset: Giá trị nhà sản xuất cung cấp.

2.3.3 Ghi chép và lưu trữ kết quả đo

U_[V]: Giá trị của điện áp ngõ ra (V)

2.2.4 Độ ẩm không khí

Phần mềm tiếp nhận dữ liệu sẽ ghi và lưu lại

giá trị trung bình, độ lệch tiêu chuẩn và cũng ghi

lại giá trị nhỏ nhất và giá trị lớn nhất trong suốt

thời gian đo.

Cảm biến độ ẩm sẽ được lắp đặt tại độ cao

phải trên 10m so với mặt đất.

Các kết quả này sẽ được truy xuất từ phần

mềm của máy đo, chuyển vào Trung tâm tính

toán để tính toán công suất và năng lượng trung

bình hằng năm.

Tín hiệu điện áp ngõ ra từ cảm biến độ ẩm tỷ

lệ độ ẩm thực tế:

RH_[%] Slope_{[% / V]}.U_[V]

(6)

2.3.4 So sánh giữa đo gió trong đầu tư điện

Trong đó:

gió và đo gió khí tượng

Slope: Giá trị nhà sản xuất cung cấp.

U_[V]: Giá trị của điện áp ngõ ra (V)

2.2.5 Hướng gió

Bảng 1: So sánh giữa đo gió trong đầu tư điện

gió và đo gió khí tượng

Đo gió trong đầu tư

Đo gió trong

ngành khí tượng

Hướng gió sẽ được thực hiện theo IEC

61400-12-1. Với chong chóng gió loại đo điện

áp xác định hướng gió theo phương trình sau:

điện gió

Mục

đích

Dự toán công suất và Ghi chép, thống kê,

năng lượng phục vụ lưu trữ dữ liệu đo

cho việc đầu tư và để phục vụ dự báo

U_Ay[V]

D_[₀_]

.360⁰ Offset_[₀_]

(7)

phát triển điện gió.

Tần số Tối thiểu 1 lần/ giây,

khí tượng

U_Ax[V]

lấy mẫu

và tính giá trị trung Ghi chép mỗi 6 giờ

bình trong vòng 10 một lần, 4 lần/ngày

phút

Trong đó:

Offset: Giá trị nhà sản xuất cung cấp.

U_Ay[V] : Điện áp tổng

Thời

gian đo

Tối thiểu 12 tháng

liên tục

Hằng ngày

0 ~ 40m/s (vùng núi

và trung du)

0 ~ 60m/s (vùng

đồng bằng và ven

biển)

0 ~ 80m/s ( vùng bờ

biển và hải đảo)

U_Ax[V] : Điện áp từng phần

Vận tốc

gió

2.3 Công nghệ đo

4~16 m/s

2.3.1 Tần suất đo

Tốc độ gió và các chỉ tiêu khác của đo gió phát

điện được đo đạc liên tục trong 1 năm với tần

suất lấy mẫu tối đa là 1 Hz, nghĩa là ít nhất 1 lần

trong 1 giây, phải thực hiện đo đạc và ghi chép

các giá trị cần đo [2].

Tối thiểu 2/3 chiều

cao Turbin dự kiến, 10-12m

và tối thiểu 60m

Kết nối với Trung

tâm đo lường, ứng

dụng công nghệ

thông tin để ghi chép,

xử lý, lưu trữ và

truyền tải dữ liệu

Độ cao

cột đo

Máy đo đơn giản,

dữ liệu được ghi

chép thủ công.

Máy đo

gió

Phần mềm tính toán của máy đo gió sẽ tính

giá trị trung bình trong khoảng thời gian 10 phút

và lưu trữ kết quả.

3

3. CÁC THIẾT BỊ ĐO GIÓ

3.1 Cột đo gió

Hình 3: Chong chóng gió

3.4 Cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ phục vụ đo nhiệt độ của

không khí.

Hình 4: Cảm biến đo nhiệt độ

3.5 Cảm biến áp suất không khí

Cảm biến áp suất không khí dùng để phục vụ

đo áp suất không khí. Áp suất không khí và

nhiệt độ không khí sẽ giúp đánh giá chính xác

công suất của Turbine gió tại vị trí đo.

Hình 1: Cột đo gió dạng kết cấu thép

3.2 Máy đo tốc độ gió (loại hình chén)

Máy đo loại hình chén là loại chuẩn của máy

đo tốc độ gió. Máy này thích hợp với việc đo

tốc độ gió theo phương ngang.

Hình 5: Cảm biến áp suất không khí

3.6 Thiết bị phụ trợ

3.6.1 Đèn báo không

Với cột đo gió cao trên 10 mét, yêu cầu phải

lắp đèn báo không để bảo vệ an toàn hàng

không, điều này phụ thuộc Tiêu chuẩn quốc gia

về đèn báo không của mỗi nước.

Hình 2: Máy đo gió hình chén

3.3 Máy đo hướng gió – Chong chóng gió

Chong chóng gió dùng để xác định hướng

gió, xác định hướng gió tốt nhất cho Turbin gió.

4

khác biệt ΔRIX trên 8% thì sai số về tốc độ gió

trung bình sẽ cao hơn 10% [1] , nên không thể

áp dụng chương trình này cho những Trang trại

gió điện gió ở vùng đồi núi.

4.1.2 Thông tin đầu vào

- Các giá trị từ các phép đo gió của các cột

đo gió gần đó.

-

Kết quả mô phỏng từ phần mềm MesoMap

(Phần mềm phân tích, tính toán tiền năng

gió).

Hình 6: Đèn báo không

3.6.2 Cameras quan sát chung

-

Mô tả vùng đất và các chướng ngại vật ở

gần đó, được chiết xuất từ bản đồ địa hình.

Cameras bên ngoài có thể giám sát động thái

của các loại Sensor và môi trường xung quanh

Trạm đo

- Cơ sở dữ liệu hoặc hình ảnh vệ tinh.

4.1.3 Thông tin đầu ra

- Xác định chính xác vị trí Turbin gió tương

lai

Hình 7: Camera

3.6.3 Cáp kết nối

Cáp chất lượng cao là cần thiết, là thích hợp cho

việc kết nối các Cảm biến với Trung tâm đo

lường.

- Thành lập bản đồ tài nguyên gió

Hình 3.9: Cáp kết nối

4. CÁC PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CÔNG

SUẤT VÀ NĂNG LƯỢNG CỦA TRANG

TRẠI GIÓ

4.1 Phần mềm WAsP

4.1.1 Tổng quan về phần mềm WAsP

Ưu điểm của phần mềm này là có lập trình đơn

giản và tương đối chính xác đối với những vùng

có địa hình bằng phẳng như ven bờ hoặc ngoài

khơi cũng như những nơi mà trị số nhấp nhô của

địa hình RIZ (Ruggednees Index) khoảng 0% và

trị số khác biệt ΔRIX giữa địa điểm lắp đặt

Turbin và nơi đo gió nhỏ hơn 8%. Khi trị số

nhấp nhô của địa hình RIZ cao hơn 3% và trị số

- Tính toán công suất trung bình của từng

Tuabin và của toàn bộ Trang trại gió

5

- Xác định vị trí Turbin gió.

4.2 Phần mềm WindFarmer

4.2.1 Tổng quan về phần mềm WindFarmer

Phần mềm WindFarmer có chức năng tương

tự như phần mềm WAsP, nhưng có thêm một số

công cụ như:

- Xuất vị trí Turbin gió vào Google Earth

- Phân tích tối ưu hóa cánh đồng điện gió.

-

Xác định khoảng cách tối thiểu giữa các

Turbin điện gió.

- Tạo ra những số liệu phục vụ cho việc

đánh giá chi tiết cho từng Turbin điện gió

từ mô hình của phần mềm WAsP.

-

Công cụ tài chính hỗ trợ phân tích về tài

chính cho từng giai đoạn và tổng thể công

trình.

- Sàng lọc và thiết lập lại các giá trị đo bị

- Hỗ trợ kế hoạch xây dựng.

4.2.2 Thông tin đầu vào

thiếu.

- Các kết quả đo đạc của các Trạm đo gió,

lấy từ Trung tâm đo lường của các Trạm.

- Phân bố xác suất gió Weibull tại độ cao

tâm cánh quạt.

- Mật độ không khí.

- Độ nhấp nhô của địa hình.

4.2.3 Thông tin đầu ra

- Ước lượng và tính toán công suất của từng

- Tổng hợp và đánh giá đầy đủ về tài chính

của dự án dùng đơn giá mẫu trong xây dựng

hay đơn giá người dùng nhập vào.

Turbin và của toàn bộ trại gió.

6

5. KẾT LUẬN

Quá trình thực hiện luận văn, tác giả tập hợp,

nghiên cứu và tổng kết được các vấn đề sau:

5.1 Về lý thuyết:

. Công nghệ đo gió phục vụ xây dựng các

trang trại gió, sự khác nhau của phép đo

gió phục vụ xây dựng trang trại gió, với

phép đo gió khí tượng.

4.3 Phần mềm WindSim

4.3.1 Tổng quan về phần mềm WindSim

. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các

thiết bị trong hệ thống đo gió phục vụ xây

dựng các trang trại gió.

WindSim là một công cụ thiết kế trang trại

điện gió hiện đại, kết hợp với công nghệ đánh

giá tiềm năng năng lượng gió bằng cách xác

định vị trí của Turbin với vị trí có tốc độ gió cao

nhất và độ bất ổn thấp nhất.

. Tìm hiểu các Phần mềm tính toán công

suất và tiềm năng gió, trên cơ sở kết quả

đo tại các vị trí được đo.

4.3.2 Thông tin đầu vào

. Xác định, đánh giá khu vực gió tiềm năng

đáp ứng yêu cầu của các nhà đầu tư.

- Mô hình địa hình kỹ thuật số (tương tự

như mô hình độ gồ ghề của địa hình)

. Quy trình xây dựng một cột đo gió.

5.2 Về thực tiễn:

- Dữ liệu kết quả đo gió từ ít nhất 1 điểm

trong khu vực quan sát.

. Thiết bị đo gió và thiết bị công trình điện

gió phải đảm bảo đáp ứng tiêu chuẩn, quy

chuẩn kỹ thuật Việt Nam hoặc tiêu chuẩn

quốc tế IEC hoặc các tiêu chuẩn tương

đương.

. Việc đo gió được thực hiện tại các vị trí

tiêu biểu, thuộc phạm vi diện tích dự án

trong thời gian tối thiểu là 12 tháng liên

tục. Số lượng cột đo gió phải đảm bảo phù

hợp với sự thay đổi địa hình khu vực dự

án.

4.3.3 Thông tin đầu ra

- Xác định vị trí của Turbin gió.

- Phân tích dữ liệu và thành lập bản đồ tiềm

năng gió ở quy mô nhỏ.

. Báo cáo kết quả đo gió bao gồm các nội

dung về phương pháp luận thực hiện, thời

gian thực hiện đo gió, phương thức thực

hiện, mô tả thiết bị, bộ số liệu kết quả đo

gió và phân tích kết quả đo gió.

. Bộ số liệu đo gió đúng tiêu chuẩn và đủ

số lượng đại diện, đầy đủ các thông tin về

thống kê tốc độ gió, tần suất gió, hoa gió,

bản đồ phân bố năng lượng, độ ẩm không

khí, bức xạ mặt trời, áp suất khí quyển.

- Tính toán năng lượng hàng năm của Trang

trại gió tương lai.

. Bộ số liệu đo gió phải được thu thập từ

các cột đo gió có độ cao tối thiểu là 60m,

tần suất thu thập 10 phút/lần, thời gian

thu thập tối thiểu 12 tháng tại các điểm đo

trong phạm vi diện tích dự án tại vị trí

thuộc dự án.

7

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Ngọc. Điện gió, NXB Lao Động, 2012, tr. 28-66

[2] Wind turbines - Part 12-1: Power Performance Measurements Of Electricity

Producing Wind Turbines, IEC 61400-12-1, 2005.

[3] Wind turbine generator systems - Part 1: Safety Requirements, IEC 61400-1, 1998.

[4] Wind turbines - Part 1: Design Requirements, IEC 61400-1, 2005.

[5] MEASNET, Evaluation Of Site - Specific Wind Conditions, MEASNET Quality

Evaluation Program, 2016, pp. 1-56.

[6] Raymond S Hunter. Wind Speed Measurement And Use Of Cup Anemometry, The

Executive Committee of the IEA Wind Agreement, 1999, pp. 1-48

[7] AWS Truepower. Wind Resource Atlas Of Viet Nam. Vietnam WindExplorer, , 2011,

tr.12-15.

[8] The World Bank. Wind Energy Resource Atlas Of Southeast Asia. Asia Alternative

Energy Program, 2001.

[9] Nguyễn Quốc Khánh. Thông Tin Về Năng Lượng Gió Tại Việt Nam, Dự Án Năng

Lượng Gió GIZ/MoIT, 2011.

[10] Nguyễn Quốc Khánh, Nguyễn Hoàng Dũng. Hướng Dẫn Quy Hoạch Phát Triển Điện

Gió Ở Việt Nam, Dự Án Năng Lượng Gió GIZ/MoIT, 2011.

[11] Phan Thanh Tùng, Vũ Chi Mai, Angelika Wasielke. Tình Hình Phát Triển Điện Gió

Và Khả Năng Cung Ứng Tài Chính Cho Các Dự Án Ở Việt Nam, Dự Án Năng Lượng Gió

GIZ, 2011.

[12] Ammonit Measurement GmbH. Professional Wind Measurement. Intetnet:

http://www.ammonit.com/images/stories/download-pdfs/MeasurementSystems

/EN_PS_Ammonit_WindResourceAssessment.pdf, 07/10/2017

Tác giả chịu trách nhiệm bài viết:

Họ tên: Trương Quang Vĩ

Đơn vị: Truờng Ðại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Điện thoại: 0944335119/0965335119

Email: [email protected]om

BÀI BÁO KHOA HỌC

THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ

Bài báo khoa học của học viên

có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn

Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam.

Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý

của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN!

Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2018-2019 của Thư viện Trường Đại học

Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.