Nghiên cứu về thực trạng sử dụng và phát triển nguồn năng lượng tái tạo năng lượng gió

Phạm vi nghiên cứu của đề tàiPhạm vi nội dung: Nghiên cứu việc khai thác, sử dụng năng lượng gió vàđưa ra giải pháp khai thác, sử dụng năng lượng gió một cách hợp lý trong quátrình công

Giảng viên giảng dạy: ThS Phạm Thị Phương Thảo

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Miền

Lớp: DHTN15A9HN

Mã sinh viên: 20108100588

Hà Nội-2022

MỤC LỤC

Chương 1: Lý thuyết về khai thác, sử dụng năng lượng gió 3

1 Lý luận khai thác, sử dụng năng lượng gió trong quá trình công nghiệp hóa,

2 Các nhân tố ảnh hưởng đến khai thác, sử dụng năng lượng gió 42.1 Ưu và nhược

Chương 2: Thực trạng việc khai thác, sử dụng năng lượng gió 2

1 Định hướng khai khác, sử dụng năng lượng gió 5

2 Giải pháp tăng cường khai thác, sử dụng năng lượng gió 6

LỜI MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong thế kỷ XXI, loài người đang phải đối mặt với một loạt thách thứcmang tính toàn cầu như: năng lượng, ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu,bùng nổ dân số Trong đó, vấn đề năng lượng được xem là cấp thiết nhất Cácloại năng lượng ngày càng cạn kiệt dẫn đến tranh chấp lãnh thổ là những mốihọa tiềm ẩn nguy cơ xung đột Năng lượng không đủ cung cấp cho cỗ máy kinh

tế thế giới đang ngày càng phình to làm kinh tế trì trệ dẫn đến những cuộc khủnghoảng và suy thoái kinh tế Bất ổn chính trị rất có thể sẽ xảy ra tại nhiều nơi trênthế giới Bên cạnh đó việc sử dụng quá nhiều năng lượng hóa thạch khiến mộtloạt các vấn đề về môi trường nảy sinh Trong bối cảnh sự thay đổi khí hậu đangngày càng hiện hữu thì người ta ngày càng ý thức được hơn sự hữu hạn của cácnguồn tài nguyên Từ những điều trên, để duy trì một thế giới ổn định, khôngcách nào khác là chúng ta phải tìm ra những nguồn năng lượng tái sinh thay thếcho nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt Vì thế, em quyết địnhnghiên cứu đề tài về thực trạng sử dụng và phát triển nguồn năng lượng tái tạo

2 Đối tượng nghiên cứu của đề tài

- Tìm hiểu những vấn đề lý luận và thực tiễn liên quan tới thực trạng sử dụngnăng lượng tái tạo và sự phát triển của nguồn năng lượng ấy

3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Tìm hiểu các tiềm năng năng lượng gió

- Xác định và đánh giá những kết quả đạt được trong việc khai thác và sử dụngnăng lượng gió, cơ hội, hạn chế cũng như những thách thức được đặt ra Tìmkiếm các giải pháp thúc đẩy khai thác, sử dụng năng lượng gió của một cáchhiệu quả

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Phạm vi nội dung: Nghiên cứu việc khai thác, sử dụng năng lượng gió vàđưa ra giải pháp khai thác, sử dụng năng lượng gió một cách hợp lý trong quátrình công nghiệp hóa, hiện đại hóa

- Phạm vi không gian

- Phạm vi thời gian: 2009 đến nay

5 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Để thực hiện các mục tiêu đặt ra, đề tài kết hợp sử dụng các phương pháp nghiên cứu chủ yếu sau:

Phương pháp thu thập thông tin: Dữ liệu được thu thập thông qua các tàiliệu nghiên cứu liên quan được kiếm trên thư viện, sách báo, các bài báo liênquan được đăng trên Internet Các dữ liệu báo cáo tổng kết có liên quan lượnggió như: đến năng Phương pháp phân tích tài liệu: Phân tích các tài liệu lýthuyết về nguồn năng lượng vô hạn, năng lượng gió, tiến hành hệ thống hóa và

xử lý các nguồn tài liệu có trong sách, báo, internet liên quan đến đề tài Trên cơ

sở tài liệu thu thập được, phân tích, chọn lọc, tham khảo, vận dụng, kế thừa các

kết quả đó để đưa vào đề tài nghiêncứu

6 Kết cấu của tiểu luận

Chương 1: Lý thuyết

Chương 2: Thực trạng việc khai thác sử dụng năng lượng gió

Chương 3: Định hướng và giải pháp

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ KHAI THÁC, SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ

1 Lý luận khai thác, sử dụng năng lượng gió trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa

1.1 Khái niệm

Năng lượng gió là một nguồn tài nguyên vô hạn Năng lượng gió là độngnăng của không khí di chuyển trong bầu khí quyền Trái Đất Năng lượng gió làmột hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời Luồng gió thay đổi tùy thuộcvào địa hình Trái Đất, luồng nước, cây cối Con người sử dụng luồng gió hoặc

sự chuyển động năng lượng cho nhiều mục đích như: đi thuyền, thả diều và phátđiện Sử dụng năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa xưa nhất

từ môi trường tự nhiên và đã được biết đến từ thời kỳ Cổ đại

1.2 Nội dung

Bức xạ mặt trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầukhí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau Một nửa bề mặt Trái Đất,mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của mặt trời và thêm vào đó

là bức xạ mặt trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó cả sự

khác nhau về nhiệt độ và vì thế là khác nhau về áp suất mà không khí giữ xíchđạo và 2 cực cũng như không khí giữa ban ngày và ban đêm của Trái Đất diđộng tạo thành gió Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy khôngkhí và vi trục quay của Trái Đất nghiêng đi (so với mặt phẳng do quỹ đạo TráiĐất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòng không khítheo mùa.

Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanhtrục của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến cùng áp thấp khôngchuyển động thẳng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữaBắc bán cầu và Nam bán cầu Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí

di chuyển vào một vùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ và ra khỏi mộtvùng áp cao theo chiều kim đồng hồ Trên Nam bán cầu thì chiều ngược lại.Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên, gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa hìnhtại từng địa phương Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đánóng lên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từbiển hay hồ vào đất liền Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước và hiệuứng này xảy ra theo chiều ngược lại

2 Các nhân tố ảnh hưởng đến khai thác, sử dụng năng lượng gió

Trữ lượng năng lượng gió: năng lượng gió là nguồn năng lượng vô hạn Gióthổi quanh năm và suốt cả ngày Tuy nhiên có lúc gió thổi mạnh, cũng có lúckhông có gió sẽ tạm lắng

Phân bố năng lượng gió: hai nhân tố chính ảnh hưởng đến sự phân bố tốc

độ gió là hoàn lưu và địa hình Tốc độ gió phân bố theo quy luật càng lên caogió thôi càng mạnh Ngoài khơi gió thổi mạnh và giảm dần khi vào đất liền.Công nghệ khai thác năng lượng gió: cần phải có trình độ kỹ thuật cao khilắp ráp và vận hành, vốn đầu tư ban đầu, chi phí lắp ráp, bảo hành rất cao Thờigian khai thác năng lượng gió: Năng lượng gió ở các mùa là khác nhau Có khuvực tiềm năng năng lượng gió mùa nóng cao hơn mùa lạnh rõ rệt và ngược lại

2.1 Vật lí học của năng lượng gió

- Năng lượng gió là động năng của không khí chuyển động với vận tốc Khối lượng đi qua một mặt phẳng hình tròn vuông góc với chiều gió trong thời gian là: tỷ trọng của không khí, thể tích khối lượng không khí đi qua mặtcắt ngang hình tròn, diện tích bán kính trong thời gian

- Điều đáng chú ý là công suất gió tăng theo lũy thừa 3 của vận tốc gió và

vì thế vận tốc gió là một trong những yếu tố quyết định khi muốn sử dụngnăng lượng gió Công suất gió có thể được sử dụng, ví dụ như thông qua một

tuabin gió để phát điện, nhỏ hơn rất nhiều so với năng lượng của luồng gió vìvận tốc của gió ở phía sau một tuabin không thể giảm xuống bằng không.

- Trên lý thuyết chỉ có thể lấy tối đa là 59,3% năng lượng tồn tại trong luồng gió Trị giá của tỷ lệ giữa công suất lấy ra được từ gió và công suất tồn tại trong gió được gọi là hệ số Betz (trong Định luật Betz), do Albert Betz tìm

ra vào năm 1926

- Có thể giải thích một cách dễ hiểu như sau: Khi năng lượng được lấy ra khỏi luồng gió, gió sẽ chậm lại Nhưng vì khối lượng dòng chảy không khí đi vào và ra một tuabin gió phải không đổi nên luồng gió đi ra với vận tốc chậm hơn phải mở rộng tiết diện mặt cắt ngang Chính vì lý do này mà biến đổi hoàn toàn năng lượng gió thành năng lượng quay thông qua một tuabin gió là điều không thể được Trường hợp này đồng nghĩa với việc là lượng không khí phía sau một tuabin gió phải đứng yên

2.2 : Ưu, nhược điểm của năng lượng gió

Ưuđiểm

Nhược điểm

- Là một nguồn tài nguyên tái

tạo hoàn toàn sạch, và không

gây ô nhiễm môi trường

- Nguồn nguyên liệu miễn phí,

không tốn nhiên liệu

- Chi phí vận hành thấp

- Hiệu suất cao

- Lợi nhuận cao, giá thành thấp

- Tốn ít diện tích xây dựng,

không ảnh hưởng nhiều đến

trồng trọt và chăn nuôi

- Có thể lắp turbines gió ở

nhiều địa hình khác nhau nên

tiết kiệm được chi phí

- Vốn đầu tư ban đầu lớn, chi phí lắp ráp và chi phí bảo trì cao

- Phải có trình độ kỹ thuật cao khi thiết kế và vận hành

- Phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết

- Ô nhiễm tiếng ồn

- Turbines quay ảnh hưởng đếntầm quan sát xa và nhiễmsóng vô tuyến

- Ngoài ra còn 1 số ảnh hưởngkhác nhưng các ảnh hưởngnày đều không đáng kể

2.3 Nguyên lý hoạt động của năng lượng gió

Khi gió thổi, nó tạo nên dòng chuyển động của phân tử không khí Thế năng của chênh lệch áp suất đã chuyển sang động năng của dòng khí Khi dòng khí đập vào một bề mặt, nó truyền động năng cho vật và làm vật đó chuyển động

Ta có thể quan sát hiện tượng này khi gió đập vào cánh cửa hay thổi vào cánh buồm Nhưng khác với cách truyền động năng của một vật rắn là do va chạm,

do dòng khí chuyển động qua

một vật, tùy theo hình dáng của vật mà áp suất dòng khí tác dụng lên các phần của vật khác nhau.

- Kết quả của việc này là nó tạo nên một lực đẩy vật đi theo hướng khác với hướng gió

- Để làm ví dụ, ta xét chuyển động của dòng khí đi qua bề mặt của cánh máy bay.Cánh

máy bay có tiết diện theo dạng khí động lực, phía trước cánh có bề dày lớn và phía sau bề dày giảm dần, khi dòng khí chuyển động, nó tạo nên hai loại áp suất, hai áp suất này tỉ lệ khác nhau theo tốc độ dòng khí

- Một loại áp suất tác động lên bề mặt vuông góc với chiều chuyển động củadòng khí Đối với bề mặt chịu tác dụng lực vuông góc với dòng khí, khi tốc

- Các tuabin gió được đặt trên trụ cao để thu hầu hết năng lượng gió Ở độ cao

30 mét trên mặt đất thì các tuabin gió thuận lợi: tốc độ nhanh hơn và ít bị các luồng gió bất thường

- Các tuabin gió có thể sử dụng cung cấp điện cho nhà cửa hoặc xây dựng,

chúng có thể nối tới một mạng điện để phân phối mạng điện ra rộng hơn Điện được truyền qua dây dẫn phân phối tới các nhà, các cơ sở kinh doanh, các

trường học…

2.4 Giá thành khai thác

-Do điện gió vẫn chưa có tính cạnh tranh về giá thành so với các nguồn nhiệt thông thường, việc khai triển điện gió trên thế giới hiện nay với phụ thuộc vào các cơ chế trợ giá của chính phủ các nước

-Những yếu tố quan trọng nhất trong việc xác định kinh phí sản xuất điện từ nông trại điện gió là:

(1) Qui mô diện tích trại

(2) Vận tốc gió tại khu vực

(3) Kinh phí lắp đặt tuabin

Mỗi một trong 3 yếu tố có vai trò nhất định trong việc giảm giá thành điện sản xuất, ví dụ như:

+ Qui mô trại càng lớn, giá thành càng thấp

+ Vận tốc gió càng cao, giá thành càng thấp

+ Chi phí xây dựng càng thấp, giá thành càng thấp

- Giá thành lắp đặt trại điện gió bao gồm chi phí lập dự án, mua thiết bị và xâydựng các công trình phụ Giá thành lắp đặt giảm hơn một nửa so với 2 thập kỷtrước, chủ yếu do sự cải thiện công nghệ tuabin, và ngoài ra do sự mở rộng qui mô của trại điện gió Giá thành bán điện từ đó cũng giảm xuống đáng kể, ước đoán ở khoảng 80% so với 20 năm trước

- Vốn đầu tư cố định (capital cost), bao gồm chi phí mua thiết bị, xây dựng đường vào và nền móng, chi phí hòa mạng và lắp đặt, chiếm khoảng 70% tổng chi phí sản xuất năng lượng Đây là sự tương phản rõ rệt so với chi phí đầu tư sản xuất điện từ năng lượng hóa thạch.

- Chi phí bảo trì chiếm khoảng 70%, hầu hết cho công tác bảo trì theo thời vụ (không cố định thời gian) Các chi phí bảo trì tăng đáng kể với tình trạng hao mòn thiết bị tuabin

- Trong khi đó, do độ hao mòn thiết bị tỷ lệ thuận với tổng lượng điện sản xuất, chi phí bảo trì nói chung tỷ lệ thuận với sản lượng điện Con số thường được đưa ra là 5 xu Mỹ/kWh

- Thuế bất động sản, sử dụng đất, bảo hiểm, truyền tải điện, bảo trì trạm phụ,

và các chi phí khác, tổng cộng chiếm khoảng 10% còn lại của tổng chi phí

- Levelized cost, là chi phí hàng năm thu hồi phí lắp đặt, cộng với các chi phí định kỳ như phí vận hành, bảo trì và thuê đất, chia cho tổng sản lượng mong muốn, thường được tính theo xu Mỹ/ kWh Các trại điện gió tại Mỹ sản xuất điện ở giá levelized vào khoảng 6 xu Mỹ/ kWh Giá thành thay đổi theo qui mô sản xuất, chất lượng nguồn gió, và vốn đầu tư

- Tóm lại, ngày nay giá thành cung cấp điện gió dao động từ 6 – 12 xu Mỹ/kWh tại các khu vực có gió tốt Theo các ước đoán của chính phủ Anh và bộ

NL Hoa Kỳ thì cho đến năm 2020, giá điện gió sẽ giảm xuống còn 3,4 – 5,5

xu Mỹ/ kWh

2.5 Đầu tư cho năng lượng gió

Trong hai thập niên qua, đã có nhiều tiến bộ quan trọng trong công nghiệpchế tạo tuabin gió đưa đến tối ưu hóa quá trình sản xuất, giảm giá thành sảnphẩm Vốn đầu tư tuabin điện gió hiện nay có nhiều khác biệt

Theo những tính toán về vốn đầu tư và khả năng hoàn vốn, trong côngnghiệp điện gió thời gian hoàn vốn lệ thuộc vào sự hỗ trợ giá điện của từngnước Tại những nước phát triển có giá điện được hỗ trợ cao từ phía Nhà nước,thời gian hoàn vốn tương đối nhanh.

Kinh phí đầu tư cho cánh đồng điện gió hiện nay cao và thời gian hoànvốn thường lâu hơn những công trình nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạchhoặc thủy điện

Cụ thể là kinh phí đầu tư những công trình nhiệt điện, thủy điện, điệnnguyên tử phải có kinh phí để cải tạo lại môi trường, hệ sinh thái và đền bù tất

cả những thiệt hại do công trình gây ra Khi những yêu cầu chính đáng trên đượcNhà nước qui định bằng pháp luật và Nhà đầu tư chấp hành nghiêm chỉnh thìchắc chắn là kinh phí cho điện gió sẽ thấp hơn kinh phí đầu tư của những côngtrình nhiệt điện, thủy điện hoặc điện nguyên tử rất nhiều

Đối với điện nguyên tử, kinh phí đầu tư tương tự như kinh phí đầu tư điện gió nhưng hệ số công suất cao và việc hoàn vốn cũng nhanh hơn Thế nhưng nguy

cơ tiềm ẩn của điện nguyên tử chỉ có thể xác định được một phần nhỏ qua

những biến cố đã xảy ra trên thế giới

Khi van lò điện nguyên tử bị hở sẽ gây ra cháy nổ và phát sinh những chất phóng xạ Casium, Plutonium và Jod lan truyền vào môi trường không khí Trong nông nghiệp, chất phóng xạ từ những cơn mưa nhiễm vào cây lúa, ngũ cốc, trái cây, rau củ

Chất Jod 131 tụ lại ở đường hô hấp của con người, gây ra ung thư đường thở Chất Casium 137 tồn tại trong thời gian khoảng 30 năm và hấp thụ vào thức ăn, nước uống rồi sau đó đọng lại ở cơ bắp và hệ thần kinh gây ra ung thư, rối loạn

hệ truyền giống

Trong chăn nuôi, chất phóng xạ thấm vào thức ăn động vật truyền đến sữa, trứng, thịt Ngoài biển khơi, những cơn mưa có chất phóng xạ sẽ thấm vào hệ sinh thái biển, thấm vào rong rêu, nhiễm vào các loài tôm cá, hải sản cũng như những sinh vật khác sống trong biển và nguy hiểm hơn nữa là những nguy cơ này vẫn tồn tại rất lâu cả khi lò nguyên tử không còn hoạt động Từ những cơn mưa phóng xạ, quá trình thấm thấu của mặt đất có thể giảm bớt mức nguy hại nhưng việc nhiễm chất phóng xạ vào mặt đất, sông

hồ và nguồn nước ngầm cũng không thể trong một thời gian ngắn mà tự thiêu hủy được

Chính đáng hơn, với tinh thần trách nhiệm đối với xã hội, với môi trường hiện tại và thế hệ tương lai, những dự án gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến hệ sinh thái, ảnh

hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người, những dự án này phải cải tạo lại môi trường

sống và có kinh phí bồi thường những mất mát nghiêm trọng về vật chất, tài sản

và quan trọng hơn nữa là tính mạng con người

2.6 Công suất của năng lượng gió

Lượng điện mà các chuỗi tua bin gió đa năng có thế tạo ra được là cao khoảng

từ 100KW đến cỡ vài MW Các tua bin gió lớn hơn thì có chi phí cao và thườngđược lắp đặt ở những khu vực người ta thường gọi là cánh đồng tua bin gió,chúng dùng để

cung cấp điện cho một khu vực dân cư nhất định Trong những năm gần đây donguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt cùng với tác động ô nhiễmcủa chúng đối với môi trường nên số lượng tua bin gió cũng tăng lên đáng kểđặc biệt ở những khu vực gần biển lớn, hoặc khan hiếm tài nguyên thiên nhiên.Các loại tua bin nhỏ hơn dưới 100KW thì được sử dụng trong các gia đình, cáptruyền thông, hoặc bơm nước Đôi khi chúng cũng được sử dụng để liên kết cácmáy phát điện chạy bằng dầu diesel, các pin và hệ thống pin quang năng Hệthống này được gọi là hệ thống gió lai ( hybrid wind ) được sử dụng ở các khuvực chưa thể lắp đường dây điện hoặc các khu vực vùng sâu vùng xa.

CHƯƠNG 2: THỰC TRẠNG VIỆC KHAI THÁC, SỬ DỤNG NĂNG

LƯỢNG GIÓ VÀ NHỮNG MẶT LỢI ÍCH VÀ HẠN CHẾ Ở VIỆT NAM

Việt Nam với dân số 96,7 triệu người là một trong những quốc gia có nềnkinh tế tăng trưởng nhanh nhất trên thế giới Trong giai đoạn 2016-2020, nhucầu năng lượng trung bình hằng năm tăng khoảng 10,5% Các dự báo cho thấy

xu hướng này có nhiều khả năng sẽ tiếp diễn đến năm 2030, gây quan ngại về anninh năng lượng, đặc biệt là ở các khu vực công nghiệp và đô thị lớn

Là một trong những quốc gia chịu tác động nghiêm trọng từ biến đổi khíhậu, Việt Nam đã ra sức đầu tư sản xuất điện gió nhằm bắt kịp nhu cầu nănglượng trong nước đang tăng vọt và giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính.Việt Nam đang đề ra các mục tiêu phát triển điện gió tham vọng hơn bất kỳnước nào khác trong khu vực Song song đó, các chính sách hấp dẫn cũng đãkêu gọi được nhiều nhà đầu tư từ khắp nơi trên thế giới

Tổng công suất điện gió hiện nay là 327 MW Với nguồn vốn nước ngoàiđang tăng lên, Việt Nam dự kiến vào năm 2021 sẽ lắp đặt các dự án điện gió cảngoài khơi lẫn trong đất liền nhằm nâng công suất lên 1GW Nếu thành công,Việt Nam sẽ vượt qua Thái Lan để vươn lên dẫn đầu ngành năng lượng giótrong khu vực Việt Nam cũng là quốc gia duy nhất trong Hiệp hội các quốc giaĐông Nam Á (Asean) phát triển điện gió ngoài khơi với các dự án đã được lắpđặt hiện đạt 99 MW

Tính đến tháng 9 năm 2018, cả nước sản xuất được 47.900 MW điện Đểđáp ứng nhu cầu năng lượng đang ngày càng lớn, Việt Nam sẽ cần khoảng 130

GW điện vào năm 2030, ước tính vốn đầu tư khoảng 150 tỷ USD Theo dữ liệumới nhất, giá điện gió năm 2018 từ các nhà máy trong đất liền được bán cholưới điện quốc gia là 8,5 US cent/kWh, còn từ các cơ sở ngoài khơi là 9,8 UScent/kWh Mức giá này sẽ hết hạn trong năm 2021 và trong 2 năm, tới thị trườngnăng lượng gió Việt nam sẽ chứng kiến nhiều điều thú vị khi các nhà đầu tư hiệnđang khẩn trương thi công dự án trước khi chương trình này kết thúc Không