Đánh giá hiệu suất năng lượng gió

Tư vấn và Đào tạo cho chương trình đo gió ở 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, m.hoelzer@german-profec.com

Tính bất định trong số liệu đo tốc độ gió

Tính bất định trong dự đoán sản lượng năng

lượng hàng năm

RỦI RO TÀI CHÍNH

Tính bất định trong các dự đoán sản lượng năng lượng làcác rủi ro tài chính

Nhiệm vụ của Tư vấn, các Ngân hàng, các kỹ sư và các Tiêu chuẩn (quốc tế) được công nhận:

� Giảm bớt sự bất định, các sai sót và rủi ro xuống mức mà các nhà đầu tư có thểchấp nhận được

� Ngưỡng này được gọi là ngưỡng lành mạnh về tài chính (được ngân hàng chấp nhận).

Năng lượng gió không bao giờ chính xác mà luôn dựa trên các số liệu thống kê và sử dụng kỹ thuật đo gió để tiếp cận các số liệu này

2

Công suất của gió và công suất của tuabin gió

● Công suất của gió với vận tốc v và diện tích A

● Nó tỷ lệ thuận với mật độ không khí ρ, diện tích A và lũy thừa bậc ba của vận tốc gió v

● Hệ số công suất cp được tính bằng tỷ lệ của công suất mà rôtor thu được và

công suất của gió

● Hiệu suất trang trại gió là sản lượng của trang trại điện gió chia cho tổng sản lượng của các tuabin đơn lẻ trong trang trại với giá thiết vận hành đơn lẻ

∑∑

=ηfree

park

parkP

P

3

Lập mô hình tiềm năng gió

Mô tả độ nhám (gồ ghề) Mô tả độ nhám (gồ ghề)

Mô tả chướng ngại vậtMô tả chướng ngại vật

Mô tả địa hình đồi núiMô tả địa hình đồi núi

Số liệu khí tượng

(ngắn hạn và dài hạn)

Số liệu khí tượng

(ngắn hạn và dài hạn)

Lập mô hình trường gióLập mô hình trường gió1

2

3

4

5

Đường đặc tính công

suất và tính toán

sản lượng

Đường đặc tính công

suất và tính toán

sản lượng

P

v 4

Đo gió tại chỗĐo gió tại chỗ

Mật độ năng lượng gió [W/m2]Mật độ năng lượng gió [W/m2]

Số liệu khí tượng dài hạn

Số liệu khí tượng dài hạn

Tương quan dài hạn (phương pháp MCP)

Tương quan dài hạn (phương pháp MCP)

Lập mô hình cho địa điểmLập mô hình cho địa điểm

Các phương pháp đánh giá tài nguyên gió

Hàm Weibull và phân bố hướng gióHàm Weibull và phân bố hướng gió

5

Ngoại suy cho địa điểm và độ cao khác nhau – một vấn đềkhó khăn

Ngoại suy cho các độ cao khác nhau (h1 đến h2)

Ngoại suy cho các vị trí khác nhau

h1

h2

Địa điểm đo

6

Ngoại suy cho các độ cao khác nhau – hai phương pháp

v h2( )= v h1( )ln(h2 z

o)

ln(h1 zo)

v h2( )= v h1( )h2

h1

α

● Định luật logarit (thực chứng)

– Xem xét độ gồ ghề của địa hình

– Chỉ có ý nghĩa với tầng mặt đất và môi

trường trung tính

● Định luật lũy thừa (thực chứng)

– Nguồn: thực nghiệm Kansas

– Để xác định: hệ số Hellmann- α (hệ sốchênh tốc)

7

Ngoại suy cho các địa điểm khác – một phương pháp

8

Lập mô hình mật độ năng lượng gió

9

Kết hợp đồ thị tốc độ gió với Đường đặc tính P-V để tính toán sản lượng điện năng

10

Tính toán sản lượng điện hàng năm dựa trên số liệu đo gió

0

50

100

150

200

250

300

350

0 5 10 15 20

Wind Speed [m/s]

Pow

er

[kW

]

0

200

400

600

800

1000

1200

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Wind speed [m/s]

Fre

qu

ency

[h

/yea

r]

0

10'000

20'000

30'000

40'000

50'000

60'000

70'000

80'000

90'000

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Wind speed [m/s]

En

erg

y [k

Wh

]

Wind Wind Power frequency Energy[m/s] [mph] [kW] [h/year] [kWh/year]

1 2,2 0,0 372,0 0,0

2 4,5 0,0 702,0 0,0

3 6,7 3,7 941,0 3481,7

4 8,9 10,0 1077,0 10770,0

5 11,2 21,6 1107,0 23911,2

6 13,4 38,3 1046,0 40061,8

7 15,7 62,4 920,5 57439,2

8 17,9 93,1 759,5 70709,5

9 20,1 132,6 592,0 78499,2

10 22,4 181,8 435,0 79083,0

11 24,6 230,5 303,5 69956,8

12 26,8 269,3 201,5 54264,0

13 29,1 290,5 127,5 37038,8

14 31,3 300,0 77,5 23250,0

15 33,6 305,0 45,0 13725,0

16 35,8 305,0 25,0 7625,0

17 38,0 305,0 15,0 4575,0

18 40,3 305,0 7,0 2135,0

19 42,5 305,0 3,0 915,0

20 44,7 305,0 1,8 549,0

21 47,0 305,0 0,8 244,0

22 49,2 305,0 0,3 91,5

23 51,4 305,0 0,1 30,5

24 53,7 305,0 0,0 0,0

25 55,9 305,0 0,0 0,0

Total 8760 h 578355 kWh

11

Hiệu ứng bóng và Thiết kế trang trại điện gió

12

Ứng suất mỏi và giá trị trung bình

13

-20

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20wind speed [m/s]

po

wer

[%

]

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

po

wer

co

effi

cien

t [-

]

Đường cong P-V đo đạc

0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 0

0 . 0 5 . 0 1 0 . 0 1 5 . 0 2 0 . 0 2 5 . 0

w i n d s p e e d a t h u b h i g h t [ m / s ]

V m = 7 . 0 m / s R a y l e i g h d i s t r i b u t i o n

to t a l :8 7 6 0 h o u r s

t ( i ) = 2 7 5 h

Phân bố tần suất gió

AEP được dự đoán/bảo đảm AEP được dự đoán/bảo đảm AEP đo đượcAEP đo được∆ E [MWh]∆ E [MWh]

Đường cong P-V lý thuyết

0

100

200

300

400

500

600

0 5 10 15 20 25

wind speed at hub hight [m/s]

P[i]

v[i]

Sản lượng điện năng dự kiến có giá trị nào … nếu các đường đặc tính công suất không chính xác?

14

Bước 1, nếu cần thiết: hiệu chỉnh tại chỗ trước

khi (!) xây dựng trang trại điện gió (đo mối liên

hệ giữa tốc độ gió tại Mref và Mturb)

Bước 2: Đo hiệu quả năng lượng

Bước 1, nếu cần thiết: hiệu chỉnh tại chỗ trước

khi (!) xây dựng trang trại điện gió (đo mối liên

hệ giữa tốc độ gió tại Mref và Mturb)

Bước 2: Đo hiệu quả năng lượng

Xác minh hiệu quả năng lượng (1)

Mref

Mturb

Kết quả:Kết quả:

15

Xác minh hiệu quả năng lượng (2)

Đường đặc tính công suất đo đạc

Đường đặc tính công suất đo đạc

Đường đặc tính công suất bảo đảm

Đường đặc tính công suất bảo đảm

Phân bố tốc độ gió, hoặc theo tiêu chuẩn

IEC 61400-12-1 hoặc theo thoả thuận

giữa khách hàng và nhà chế tạo

Phân bố tốc độ gió, hoặc theo tiêu chuẩn

IEC 61400-12-1 hoặc theo thoả thuận

giữa khách hàng và nhà chế tạo

extrapolation of the power curve between the highest WT: Vestas V90measured wind speed and the cut-out wind speed cut-out wind speed: 25 m/swith the average power at highest measured wind speed reference air density: coverage factor k: 1

hub height AEP-extrapolatedannual average (extrapolated

wind speed power curve) power curve)(Rayleigh)

[m/s] [MWh] [MWh] [%]4,0 1677,7 201,3 12,05,0 3163,6 268,3 8,56,0 4809,0 317,4 6,67,0 6354,9 342,8 5,48,0 7606,1 348,6 4,69,0 8472,5 * 341,1 4,0

10,0 8960,3 * 325,7 3,611,0 9130,8 * 306,2 3,4

values marked with *: power curve incomplete acc. to IEC criteria for database

7911,49160,510163,7

[MWh]

3164,21677,7

4823,1

AEP-measured Expanded uncertainty of AEP-measured(measured

ESTIMATED ANNUAL ENERGY PRODUCTION (AEP)(database A)

10910,8

6445,7

So sánh theo hợp đồng giữa khách

hàng và nhà chế tạo

So sánh theo hợp đồng giữa khách

hàng và nhà chế tạo

5000 MWh/a5000 MWh/a

16

Hiệu suất của trang trại điện gió

Thông thường khoảng 90%, tùy thuộc vào ‘a‘ và ‚b‘ cũng như cường độ nhiễu loạn (ROU, độ ổn định, T, v.v.)

a nhỏ nhất > 4 và b > 3, tốt nhất: a = 7-8, và b = 4

Phải kiểm tra cùng với cường độ nhiễu loạn xung quanh, cường độ nhiễu loạn bổ sung và các thông số an toàn của tuabin gió

∑∑

=ηfree

park

parkP

P

b*D

a*D

Hướng gió chính 17