Bài trình bày 7 trong khoá huấn luyện về đo gió (TP HCM, 10-19/10/2011)

1. ĐÁNH GIÁ TI M NĂNG GIÓ
Tư v n và Đào t o cho Chương trình đo
gió t i Vi t Nam
TP. H Chí Minh, 11/10/2011
German ProfEC GmbH, Mathias Hölzer (Dipl.Phys, Dipl.-Päd.),
Ahornstr. 10, D-49744 Geeste, Germany
www.german-profec.com, m.hoelzer@german-profec.com
N i dung trình bày
● K thu t đo gió
● S li u đo gió
● Đ th t c đ gió --> phân b t n su t t c đ gió
● Các tham s Weibull
– Tham s hình d ng k
– Tham s qui mô A (ho c c) đo b ng m/s
● Các ví d v phân b t n su t t c đ gió
2

2. Các đ c đi m gió
● Thay đ i l n theo th i gian
● Trong vài giây, gió có th tăng t c đ lên 2 ho c 3 l n
(nghĩa là công su t tăng t 8 đ n 27 l n!)
3
Đo gió
● R t quan tr ng (vì Pwind ~ v3) đ
– Ch n đ a đi m
– Đo ho c xác minh đư ng cong công su t
– Theo dõi hi u qu v n hành các tuabin gió
● Sai sót nh trong ư c tính t c đ gió s có nh hư ng l n đ n s n lư ng đi n ho c
t i tr ng trên tuabin
● Thông thư ng, các thi t b đo gió (anenometer) đư c s d ng đ đo gió và g m có
các lo i sau:
– Máy đo gió ki u chén
– Máy đo gió ki u cánh qu t
– Máy đo gió siêu âm
– Máy đo gió dây nhi t
– Các thi t b “k thu t cao” khác
4

3. Máy đo gió ki u chén
● Bánh xe gió tr c đ ng nh
● T c đ quay t l v i t c đ gió
● Ph n l n có tín hi u t n s (quang
đi n t )
● Đư c s d ng ph bi n nh t, đ cho
h u h t các nhi m v liên quan đ n
công ngh gió
● Nhi u c p đ ch t lư ng
5
Máy đo gió ki u cánh qu t
● Bánh xe gió tr c ngang nh
● C n quay v hư ng gió
● Ph c t p hơn v m t cơ h c – c n
có cơ ch ch nh theo hư ng gió
● Có th x y ra các hi u ng c ng
hư ng gi a t c đ cánh qu t v i
ch nh hư ng gió
6

4. Máy đo gió siêu âm
● Các b th c m siêu âm x p thành nhi u c p (loa
– micro)
● Sóng áp l c di chuy n v i t c đ âm thanh
● T c đ gió ch ng lên âm thanh, d n đ n th i gian
chuy n ti p khác nhau s
● Không ch đo t c đ gió mà còn đo c hư ng gió
(nh x p ch ng nhi u đo n đo)
● Không b nh hư ng b i b i, ch t b n và mưa
● Không có các c u ki n cơ khí
7
Các thi t b k thu t cao khác
Thi t b đo gió d ng hình c u
Thi t b đo gió d ng cánh - Laser
8

5. Data logger (thi t b thu th p và lưu tr d li u) – các yêu c u
t i thi u
● Thu th p và lưu tr d li u chu i th i gian (trung bình 10 phút ho c 1
ti ng)
● Có các kênh bao g m 3 (ho c hơn) cho t c đ gió, hư ng gió, áp su t
không khí, 2 (ho c hơn) cho nhi t đ và đ m
● Ch y b ng đi n t pin m t tr i và pin thư ng
● Là h th ng lưu tr d li u an toàn
trong trư ng h p m t đi n
● Kh năng lưu tr d li u t i thi u trong 2 tháng
9
Khái ni m đo bao g m so sánh v i s li u dài h n
Đ a đi m tham chi u:
Đo dài h n, bao g m kho ng th i gian đo ng n h n
Đ a đi m d đoán:
D đoán dài h n Đo ng n h n
10

6. S bi n thiên c a t c đ gió trung bình hàng năm trong kho ng
th i gian dài
180% 14 m/s
Normalised Average Production
vwind_hub-height
160% 12 m/s
10 years sliding average (production)
140% 10 m/s
120% 8 m/s
100% 6 m/s
80% 4 m/s
60% 2 m/s
40% 0 m/s
1959 1964 1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999
45 năm số liệu 11
L p tương quan dài h n trong phương pháp Đo – Tương
quan – D đoán (MCP)
Đ aađi m tham chi u:
Đ đi m tham chi u: Đ aađi m d đoán:
Đ đi m d đoán:
Có ss lili uuđo dài hh nn+ ss lili uu
Có đo dài + Th i igian trung bình tương
Th gian trung bình tương Đo
ng nnhh nn(chu i ith i igian)
ng (chu th gian) thích vv i iđđaađi m tham chi uu
thích đi m tham chi
Tương quan
Tương quan
(H i iquy) 12 cung m i i
(H quy) 12 cung m Tương quan
cung 30 đđ
cung 30
D đoán phân b tt c đ gió
D đoán phân b c đ gió
dài h n tt i iđ a đi m d đoán
dài h n đ a đi m d đoán D đoán
12

7. B trí đo – Ví d
● Ví d v m t chương trình đo đ cao 50 m
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
13
B trí đo - nh hư ng c a c t
C t tr tròn
C t lư i
14

8. K t qu đo đ c
● Đ th phân b t c đ gió t i các đ cao khác
nhau
● Hàm phân b Weibull theo cung đo t i các đ cao
khác nhau
● H s chênh t c và gradient gió
● Đ n đ nh c a khí quy n
● Ti m năng đi n gió là hàm s c a
– Hư ng gió
– Đ cao so v i m t đ t
– Th i gian (th i gian trong ngày, tháng)
● B n đ gió, bao g m t t c các k t qu trên
15
Tính toán s n lư ng đi n năng t t c đ gió
S lili u chu i ith i igian
S u chu th gian
v tt c đ gió
v c đ gió
Đánh giá th ng kê v s
Đánh giá th ng kê v s lili uu
chu i ith i igian: các đ
chu th gian: các đ th
th
(histogram)
(histogram)
700
Xây d ng phân b Weibull
Xây d ng phân b Weibull 600
500
Power [kW]
400
300
200
100
Áp d ng cho đư ng đ c tính
Áp d ng cho đư ng đ c tính
0
0 5 10 15 20
công su tt
công su
Wind Speed [m/s]
Tính toán s n lư ng đi n năng
Tính toán s n lư ng đi n năng S n lư ng đi n năng hàng
S n lư ng đi n năng hàng
hàng năm d ki n
hàng năm d ki n năm AEP
năm AEP 16

9. Phân b t c đ gió trong m t tháng
17
Phân b t c đ gió theo Weibull và Rayleigh
Vấn đề khi “lắp’ hàm phân bố vào đồ thị (các giá trị đo được)
18

10. Phân b Weibull
kv
k −1
  v k 
f (v ) =   exp −   
A A   A 
 
v = WindđSpeed
T c gió
● Phân bố Weibull thể hiện phân bố tần suất tốc
A = Scale Parameter
Tham s qui mô độ gió
k = Shape s hình
Tham Parameter ● Phân bố Weibull có thể “suy biến” thành hai
d ng phân 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
Hàm Weibull cho các tham s hình d ng khác nhau
VTB = 4 m/s trong m i trư ng h p
20

11. Giá tr trung bình và đ l ch chu n (1)
● T c đ gió trung bình v trong kho ng th i gian cho trư c T:
● Đ l ch chu n σ là bi u th c cho bi t m c đ sai l ch so
v i giá tr trung bình và đư c tính như sau:
21
Giá tr trung bình và đ l ch chu n (2)
● C hai bi u th c này đ u đư c s d ng trong khí tư ng h c
● Đ i v i năng lư ng gió, th c t s d ng các bi u th c này còn h n ch
● Tuy nhiên, đ i v i năng lư ng gió, các giá tr suy di n có th có ích
● Ví d như v i cư ng đ nhi u lo n, đ l ch chu n chia cho t c đ gió trung bình:
● Thông thư ng, các đư ng cong năng lư ng đư c s d ng trong tính toán hi u su t
năng lư ng s chính xác v i các ch đ gió có cư ng đ nhi u lo n dư i 20%
22

12. ng d ng th c t các tham s Weibull – quy t c chung
● Tham số qui mô chỉ cho biết giá trị tuyệt đối của tốc độ gió, đây không
phải là tốc độ gió trung bình vTB (phép tính xấp xỉ: vTB ~ 0,9 · A)
● V i m t khu v c cho trư c, các tham s hình d ng k thư ng n m
trong cùng m t kho ng
● Nói chung, tham s hình d ng n m trong cùng m t kho ng đ i v i
các khu v c có đ a hình tương t nhau, ví d 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 Âu
2,5 < k < 3,0 tốc độ gió tăng do địa hình
3,0 < k < 4,0 gió mậu dịch hoặc chế độ gió mùa
23
T ng k t
● S li u chu i th i gian t c đ gió là cơ s đ đánh giá th ng kê
● Các đ th histogram (= phân b t n su t) đư c t o ra b ng
cách phân nhóm t c đ gió
● Hàm Weibull là m t mô t toán h c h p lý cho các đ th t c đ
gió
● Hai tham s (tham s qui mô A (ho c C) và tham s hình d ng
k) cho phép đi u ch nh hàm Weibull theo các phân b t n su t
đo đư c
24