Tiêu chuẩn TCVN 10687-50:2025 Hệ thống phát điện gió - Phần 50: Đo gió - Tổng quan

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10687-50:2025

IEC 61400-50:2022

HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ - PHẦN 50: ĐO GIÓ - TỔNG QUAN

Wind energy generation systems - Part 50: Wind measurement - Overview

Lời nói đầu

TCVN 10687-50:2025 hoàn toàn tương đương với IEC 61400-50:2022;

TCVN 10687-50:2025 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn Quốc gia TCVN/TC/E13 Năng lượng tái tạo biên soạn, Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam đề nghị, Ủy ban Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Quốc gia thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ TCVN 10687 (IEC 61400) gồm các phần sau:

- TCVN 10687-1:2015 (IEC 61400-1:2014), Tuabin gió - Phần 1: Yêu cầu thiết kế

- TCVN 10687-3-1:2025 (IEC 61400-3-1:2019), Hệ thống phát điện gió - Phần 3-1: Yêu cầu thiết kế đối với tuabin gió cố định ngoài khơi

- TCVN 10687-3-2:2025 (IEC 61400-3-2:2025), Hệ thống phát điện gió - Phần 3-2: Yêu cầu thiết kế đối với tuabin gió nổi ngoài khơi

- TCVN 10687-12:2025 (IEC 61400-12:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12: Đo đặc tính công suất của tuabin gió phát điện - Tổng quan

- TCVN 10687-12-1:2023 (IEC 61400-12-1:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-1: Đo hiệu suất năng lượng của tuabin gió phát điện

- TCVN 10687-12-2:2023 (IEC 61400-12-2:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-2: Hiệu suất năng lượng của tuabin gió phát điện dựa trên phép đo gió trên vỏ tuabin

- TCVN 10687-12-3:2025 (IEC 61400-12-3:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-3: Đặc tính công suất - Hiệu chuẩn theo vị trí dựa trên phép đo

- TCVN 10687-12-4:2023 (IEC TR 61400-12-4:2020), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-4: Hiệu chuẩn vị trí bằng số đối với thử nghiệm hiệu suất năng lượng của tuabin gió

- TCVN 10687-12-5:2025 (IEC 61400-12-5:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-5: Đặc tính công suất - Đánh giá chướng ngại vật và địa hình

- TCVN 10687-12-6:2025 (IEC 61400-12-6:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-6: Hàm truyền vỏ tuabin dựa trên phép đo của tuabin gió phát điện

- TCVN 10687-21:2018 (IEC 61400-21:2008), Tuabin gió - Phần 21: Đo và đánh giá đặc tính chất lượng điện năng của tuabin gió nối lưới

- TCVN 10687-22:2018, Tuabin gió - Phần 22: Hướng dẫn thử nghiệm và chứng nhận sự phù hợp

- TCVN 10687-24:2015 (IEC 61400-24:2010), Tuabin gió - Phần 24: Bảo vệ chống sét

- TCVN 10687-50:2025 (IEC 61400-50:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 50: Đo gió - Tổng quan

- TCVN 10687-50-1:2025 (IEC 61400-50-1:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 50-1: Đo gió - Ứng dụng các thiết bị đo lắp trên cột khí tượng, vỏ tuabin và mũ hub

- TCVN 10687-50-2:2025 (IEC 61400-50-2:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 50-2: Đo gió - Ứng dụng công nghệ cảm biến từ xa lắp trên mặt đất

- TCVN 10687-50-3:2025 (IEC 61400-50-3:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 50-3: Sử dụng lidar lắp trên vỏ tuabin để đo gió

Lời giới thiệu

Mục đích của bộ TCVN 10687-50 (IEC 61400-50) là cung cấp các phương pháp luận và yêu cầu đồng nhất nhằm đảm bảo tính nhất quán, độ chính xác và khả năng tái lập trong việc đo gió. Khi xây dựng bộ TCVN 10687-50 (IEC 61400-50), đã có sự phân biệt rõ ràng giữa phương pháp đo gió và các "trường hợp sử dụng" khác nhau trong các phần khác của bộ IEC 61400, trong đó các phép đo gió này được áp dụng (ví dụ: đặc tính công suất, đo độ ồn, đo tải trọng, đánh giá tài nguyên). Dự kiến, bộ TCVN 10687-50 (IEC 61400-50) sẽ được áp dụng bởi:

a) Các nhà sản xuất tuabin gió trong việc thử nghiệm các tuabin mẫu hoặc tuabin sản xuất hàng loạt với mục đích xác định hoặc kiểm tra các khía cạnh của thông số kỹ thuật tuabin mà phép đo gió là đầu vào cần thiết (ví dụ: đặc tính công suất, độ ồn, tải trọng cấu trúc);

b) Các nhà sản xuất thiết bị đo gió cung cấp các dụng cụ, cột khí tượng và phần cứng lắp đặt cho ngành công nghiệp gió;

c) Các tổ chức và phòng thí nghiệm cung cấp dịch vụ hiệu chuẩn thiết bị đo gió;

d) Các chuyên gia kỹ thuật cung cấp dịch vụ đo gió cho các nhà sản xuất tuabin gió, các nhà phát triển và vận hành trang trại gió, v.v.;

e) Các nhà điều hành tuabin gió cần xác minh rằng các thông số kỹ thuật đã được nêu hoặc yêu cầu được đáp ứng và yêu cầu các phép đo gió làm đầu vào;

f) Các ban kỹ thuật khác xây dựng các tiêu chuẩn có tham chiếu đến quy định kỹ thuật của thiết bị và phương pháp được sử dụng trong đo gió.

Bộ tiêu chuẩn liên quan này cung cấp hướng dẫn về các phương pháp đo gió, thiết bị, phân cấp, hiệu chuẩn và đánh giá độ không đảm bảo có thể được sử dụng trong việc thực hiện các thử nghiệm cho các trường hợp sử dụng khác nhau. Các tiêu chuẩn này sẽ mang lại lợi ích cho các bên liên quan trong việc sản xuất, lập kế hoạch và cấp phép lắp đặt, vận hành, sử dụng và quản lý tuabin gió. Các kỹ thuật đo chính xác về mặt kỹ thuật được khuyến nghị trong các tiêu chuẩn này nên được áp dụng bởi tất cả các bên để đảm bảo rằng sự phát triển và vận hành liên tục của các tuabin gió diễn ra trong một môi trường có sự giao tiếp chính xác và nhất quán liên quan đến việc đo gió. Các tiêu chuẩn này trình bày các quy trình đo, phân cấp và hiệu chuẩn dự kiến để cung cấp kết quả chính xác có thể được tái lập bởi các bên khác nhau. Trong khi đó, người sử dụng các tiêu chuẩn này cần nhận thức rằng không phải tất cả các phương pháp đo gió được quy định trong các tiêu chuẩn này đều áp dụng cho tất cả các trường hợp sử dụng. Các tiêu chuẩn trường hợp sử dụng (ví dụ: đặc tính công suất) sẽ xác định phương pháp và thiết bị đo gió nào được sử dụng và sử dụng trong những tình huống nào. Hơn nữa, các tiêu chuẩn trường hợp sử dụng có thể định nghĩa thêm các hạn chế về phép đo gió (ví dụ: chiều cao đo). Do đó, người sử dụng cần xem xét phương pháp đo gió và tiêu chuẩn phù hợp nhất đối với trường hợp sử dụng mà các phép đo gió sẽ được áp dụng trước khi tiến hành thu thập số liệu đo gió.

HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ - PHẦN 50: ĐO GIÓ - TỔNG QUAN

Wind energy generation systems - Part 50: Wind measurement - Overview

1 Phạm vi áp dụng

Bộ IEC 61400 đề cập đến các yêu cầu kỹ thuật trong việc sản xuất năng lượng gió cho đến điểm kết nối với hệ thống lưới điện. Bộ TCVN 10687-50 (IEC 61400-50) gồm một bộ các tiêu chuẩn quy định các yêu cầu đối với thiết bị và phương pháp được sử dụng để đo gió.

Việc đo gió là cần thiết như một đầu vào cho các thử nghiệm và phân tích khác nhau được quy định trong các tiêu chuẩn trường hợp sử dụng khác nhau trong bộ IEC 61400 (ví dụ như đặc tính công suất, đánh giá tài nguyên, đo độ ồn). Trong khi các tiêu chuẩn khác định nghĩa các trường hợp sử dụng cho việc đo gió, bộ TCVN 10687-50 (IEC 61400-50) thiết lập các yêu cầu đo gió độc lập với các trường hợp sử dụng. Mục đích là đảm bảo các phép đo gió và việc đánh giá độ không đảm bảo trong các phép đo đó được thực hiện một cách nhất quán trong toàn ngành công nghiệp gió, và các phép đo gió được thực hiện sao cho độ không đảm bảo có thể được định lượng và độ không đảm bảo nằm trong phạm vi chấp nhận được.

Tiêu chuẩn này giới thiệu tổng quan về các lựa chọn có sẵn để đo gió, những lựa chọn này được quy định chi tiết hơn trong các phần khác của bộ TCVN 10687-50 (IEC 61400-50).

2 Tài liệu viện dẫn

Trong tiêu chuẩn này không có tài liệu nào được viện dẫn.

3 Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa dưới đây.

3.1

Địa hình phức tạp (complex terrain)

Địa hình xung quanh vị trí thử nghiệm có các tính chất biến động đáng kể về địa thế và các chướng ngại địa hình có thể gây ra sai lệch luồng không khí.

3.2

Tốc độ gió đóng mạch (cut-in wind speed)

Tốc độ gió thấp nhất tại đó tuabin gió bắt đầu tạo ra điện.

3.3

Tốc độ gió ngắt mạch (cut-out wind speed)

Tốc độ gió tại đó tuabin gió ngắt ra khỏi lưới điện do tốc độ gió cao.

3.4

Bộ dữ liệu (data set)

Tập hợp các dữ liệu được lấy mẫu trong một khoảng thời gian liên tục.

3.5

Sai lệch luồng không khí (flow distortion)

Thay đổi luồng không khí do chướng ngại vật, sự thay đổi địa hình hoặc các tuabin gió khác dẫn đến tốc độ gió tại vị trí đo gió khác với tốc độ gió tại vị trí của tuabin gió.

3.6

Độ cao hub (hub height)

<của tuabin gió> Độ cao của tâm diện tích quét của rôto tuabin gió so với mặt đất tại tháp.

Chú thích 1: Đối với tuabin gió trục thẳng đứng, độ cao hub được xác định là độ cao của tâm diện tích quét của rôto so với mặt đất tại tháp.

3.7

Đặc tính công suất (power performance)

Thước đo khả năng của một tuabin gió để tạo ra công suất điện và năng lượng điện.

3.8

Tốc độ gió tương đương qua rôto (rotor equivalent wind speed)

Tốc độ gió tương ứng với thông lượng động năng đi qua diện tích quét của rôto khi có tính đến sự biến động của tốc độ gió theo chiều cao.

3.9

Độ không đảm bảo đo chuẩn (standard uncertainty)

Độ không đảm bảo của kết quả của phép đo, được biểu thị là độ lệch chuẩn.

3.10

Độ không đảm bảo đo (uncertainty in measurement)

Tham số, cùng với kết quả của phép đo, đặc trưng cho sự phân tán của các giá trị mà được gán một cách hợp lý cho đối tượng đo.

3.11

Thiết bị đo gió (wind measurement equipment)

Dụng cụ đo khí tượng lắp đặt trên cột hoặc thiết bị cảm biến từ xa.

3.12

Độ trượt gió (wind shear)

Sự thay đổi tốc độ gió theo độ cao qua rôto tuabin gió.

3.13

Đổi hướng gió (wind veer)

Thay đổi hướng gió theo độ cao của rôto tuabin gió.

4 Ký hiệu, đơn vị và chữ viết tắt

5 Tổng quan về phương pháp đo gió

Thuật ngữ "đo gió" đề cập đến việc xác định các đặc tính khác nhau của gió thông qua phép đo. Các đặc tính này thường bao gồm tốc độ gió, hướng gió và cường độ nhiễu loạn, mặc dù còn nhiều đặc tính khác của gió cũng có thể được xác định qua phép đo. Ngoài ra, những đặc tính này có thể được định nghĩa theo các phạm vi không gian khác nhau của phép đo (ví dụ: điểm hoặc thể tích), dựa trên thời gian (ví dụ: tần số cao hoặc tần số thấp) và các thành phần (ví dụ: thành phần ngang, ngắm thẳng hoặc các vectơ 3D). Bộ TCVN 10687-50 (IEC 61400-50) tập trung vào các yêu cầu đối với các thiết bị và phương pháp đo tốc độ gió, hướng gió và cường độ luồng xoáy, và những giá trị này thường được rút gọn theo thống kê trong 10 min (trung bình, tối thiểu, tối đa, độ lệch chuẩn) để sử dụng làm đầu vào cho các phân tích hoặc quy trình được xác định ở một trong những tiêu chuẩn trường hợp sử dụng khác trong bộ IEC 61400.

Nhiều phương pháp, giả định và quy định kỹ thuật liên quan đến ngành công nghiệp gió có lịch sử gắn liền với giả định rằng việc đo gió được thực hiện bằng một thiết bị đo gió dạng cốc đo thành phần ngang của gió. Điều này nghĩa là các phép đo gió là các phép đo điểm và thường được lọc thông qua bộ lọc thông thấp (do các đặc tính quán tính và khí động học vốn có của thiết bị đo gió dạng cốc).

CHÚ THÍCH: Thuật ngữ "phép đo điểm" được sử dụng ở đây theo nghĩa tương đối. Một thiết bị đo gió dạng cốc hoặc thiết bị đo gió âm thanh có kích thước tương đối nhỏ so với một tuabin gió cỡ lớn hoặc so với thể tích đo của các thiết bị cảm biến từ xa. Trong trường hợp đó, phép đo gió từ một thiết bị đo gió dạng cốc hoặc thiết bị đo gió âm thanh có thể được coi là phép đo điểm.

Tuy nhiên, các công nghệ đo khác đã trở nên phổ biến trong thập kỷ qua. Những công nghệ này bao gồm thiết bị đo gió âm thanh và các thiết bị cảm biến từ xa (RSD) như lidar và sodar. Các phép đo gió do các thiết bị này cung cấp được thực hiện theo một cách khác với các phép đo gió từ thiết bị đo gió dạng cốc và có thể không thể so sánh trực tiếp với các phép đo từ thiết bị đo gió dạng cốc nếu không có thêm bước xử lý hậu kỳ.

Trong trường hợp thiết bị đo gió âm thanh, có sẵn các thiết bị cung cấp phép đo gió ba chiều đầy đủ tại một điểm, nhưng vì chúng không có bộ phận chuyển động nên không bị ảnh hưởng bởi bộ lọc quán tính hoặc khí động học mà thiết bị đo gió dạng cốc gặp phải. Điều này làm cho thiết bị đo gió âm thanh đặc biệt phù hợp cho các tình huống mà luồng gió phức tạp hoặc biến động cần được nghiên cứu và các phép đo tần số cao về nhiều thành phần vectơ của gió là cần thiết. Kích thước tương đối nhỏ của các đầu dò và việc không có bộ phận chuyển động của thiết bị đo gió âm thanh cũng giúp cho việc cung cấp hệ thống sưởi để ngăn ngừa đóng băng trở nên ít phức tạp hơn so với thiết bị đo gió dạng cốc, do đó chúng đặc biệt phù hợp để đo gió ở các khu vực có khí hậu lạnh.

Các thiết bị cảm biến từ xa (RSD) đo gió qua một thể tích tương đối lớn (khoảng từ vài mét đến hàng chục mét) ở các độ cao hoặc khoảng cách khác nhau từ vị trí vật lý của thiết bị đo (khoảng từ vài chục đến hàng trăm mét so với RSD). Luồng không khí chạy qua thể tích đo càng phức tạp thì nhiều khả năng các tham số gió đo được bởi RSD càng có khác biệt đáng kể (hoặc thậm chí sai lệch) so với các tham số đạt được từ một thiết bị đo gió dạng cốc hoặc thiết bị đo gió âm thanh đo tại cùng vị trí và độ cao như với RSD, nhưng trên một thể tích nhỏ cỡ xentimet. Tuy nhiên, RSD có thể có những ưu điểm về khả năng sử dụng, an toàn (nếu lắp đặt trên mặt đất) và cho phép đo gió một cách kinh tế tại các độ cao lớn so với các thiết bị đo gió dạng cốc hoặc âm thanh lắp trên cột khí tượng.

Từ những lý do trên, hiển nhiên là các phương pháp đo gió khác nhau không chỉ bị ảnh hưởng bởi đặc tính của thiết bị đo mà còn bởi môi trường nơi các thiết bị đo gió được lắp đặt. Độ phức tạp của luồng gió ảnh hưởng đến độ chính xác của các phép đo gió, như được xác định bằng việc phân cấp các thiết bị đo hoặc có thể dẫn đến việc một loại thiết bị không thích hợp để sử dụng ở các tình huống luồng gió hoặc địa hình phức tạp. Ngoài ra, mô tả chi tiết về các phần cứng để lắp đặt (ví dụ: cột khí tượng và các cần lắp đặt) và cấu hình hình học của thiết bị đo cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo. Bộ TCVN 10687-50 (IEC 61400-50) quy định các yêu cầu về việc đặt và lắp các thiết bị đo gió.

Tóm lại, bộ TCVN 10687-50 (IEC 61400-50) quy định các yêu cầu và phương pháp sử dụng, hiệu chuẩn và phân loại các thiết bị đo gió dạng cốc (và cánh định hướng gió), thiết bị đo gió âm thanh và các thiết bị cảm biến từ xa sao cho các phép đo gió thu được sẽ tuân thủ các yêu cầu về độ chính xác và độ không đảm bảo theo yêu cầu với từng trường hợp sử dụng ở các tiêu chuẩn khác của bộ IEC 61400. Không phải tất cả các phương pháp đo gió đều phù hợp với mọi trường hợp sử dụng. Các tiêu chuẩn cho từng trường hợp sử dụng xác định phương pháp đo gió nào hoặc các phương pháp nào là chấp nhận được cho trường hợp sử dụng đó.

6 Mối liên kết giữa các tiêu chuẩn

Quyết định thực hiện các phép đo gió theo bộ TCVN 10687-50 (IEC 61400-50) thường nhằm mục đích đáp ứng yêu cầu đo gió từ một trong các tiêu chuẩn của từng trường hợp sử dụng. Hình 1 minh họa tổng quan mối quan hệ giữa các tiêu chuẩn đã được cấu trúc lại và hướng dòng thông tin.

Hình 1 - Tổng quan về mối liên quan giữa các tiêu chuẩn trong bộ TCVN 10687-12 (IEC 61400-12) và TCVN 10687-50 (IEC 61400-50)

Ngoài ra, hiện có các tiêu chuẩn khác trong bộ IEC 61400 tham chiếu đến các yêu cầu đo gió được quy định trong IEC 61400-12-1:2005 hoặc IEC 61400-12-1:2017. Mục đích là để người sử dụng tham khảo các tiêu chuẩn phù hợp trong bộ IEC 61400-50 để đáp ứng các yêu cầu đo gió. Bảng 1 liệt kê các tiêu chuẩn trong bộ IEC 61400 hiện tham chiếu đến IEC 61400-12-1:2005 hoặc IEC 61400-12-1:2017 cho các yêu cầu đo gió của chúng và tiêu chuẩn nào trong bộ TCVN 10687-50 (IEC 61400-50) là phù hợp nhất để tham chiếu hiện nay. Vì không có tiêu chuẩn nào ngoài tiêu chuẩn IEC 61400-12-1:2017 được cập nhật để xem xét việc sử dụng các thiết bị cảm biến từ xa (RSD) cho phép đo gió, khuyến nghị là tham chiếu TCVN 10687-50-1 (IEC 61400-50-1) thay vì TCVN 10687-50-2 (IEC 61400-50-2) cho đến khi có sự xem xét cụ thể về sự phù hợp của RSD đối với mỗi tiêu chuẩn trường hợp sử dụng.

Bảng 1 - Các phần của bộ IEC 61400 tham chiếu đến các phép đo gió đã được định nghĩa trước đó trong IEC 61400-12-1

Phiên bản 3.1 (IEC 61400-11:2012+AMD1:2018) đặc biệt tham chiếu đến việc sử dụng thiết bị đo gió lắp trên vỏ tuabin để đo tốc độ gió và tham khảo Phần 12-2 để quy định về việc lắp đặt thiết bị đo gió trên vỏ tuabin đó. Hướng dẫn về việc lắp đặt thiết bị đo gió trên vỏ tuabin vẫn được giữ lại trong Phần 12-2 chứ không phải trong Phần 50-1. Tuy nhiên, Phần 12-2 hiện nay tham chiếu đến Phần 50-1 để quy định về phân cấp và hiệu chuẩn thiết bị đo gió trên vỏ tuabin. Vì vậy, Phần 11 gián tiếp tham chiếu đến IEC 61400-12-1:2017 và do đó tham chiếu đến Phần 50-1.

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] IEC 61400-1:2019, Wind energy generation systems - Part 1: Design requirements

[2] IEC 61400-2, Wind turbines - Part 2: Small wind turbines

[3] IEC 61400-11, Wind turbines - Part 11: Acoustic noise measurement techniques

[4] IEC 61400-12-1, Wind energy generation systems - Part 12-1: Power performance measurements of electricity producing wind turbines

[5] IEC 61400-12-2, Wind energy generation systems - Part 12-2: Power performance of electricity-producing wind turbines based on nacelle anemometry

[6] IEC 61400-13, Wind turbines - Part 13: Measurement of mechanical loads

[7] TCVN 10687-50-1 (IEC 61400-50-1), Hệ thống phát điện gió - Phần 50-1: Đo gió - Ứng dụng các thiết bị đo lắp trên cột khí tượng, vỏ tuabin và mũ hub

[8] TCVN 10687-50-2 (IEC 61400-50-2), Hệ thống phát điện gió - Phần 50-2: Đo gió - Ứng dụng công nghệ cảm biến từ xa lắp trên mặt đất

[9] TCVN 10687-50-3 (IEC 61400-50-3), Hệ thống phát điện gió - Phần 50-3: Sử dụng lidar lắp trên vỏ tuabin để đo gió

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Lời giới thiệu

1 Phạm vi áp dụng

2 Tài liệu viện dẫn

3 Thuật ngữ và định nghĩa

4 Ký hiệu, đơn vị và từ viết tắt

5 Tổng quan về phương pháp đo đặc tính công suất

6 Liên kết giữa các tiêu chuẩn

Thư mục tài liệu tham khảo