Đề tài nghiên cứu đề tài về thực trạng sử dụng và phát triển nguồn năng lượng tái tạo năng lượng gió

Lý do chọn đề tài Trong thế kỷ XXI, loài người đang phải đối mặt với một loạt thách thức mangtính toàn cầu như: năng lượng, ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu, bùng nổ dân số...Trong đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-*** -TIỂU LUẬN 1

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

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 Lời mở đầu 1

1 Lý do lựa chọn đề tài 1

2 Đối tượng nghiên cứu của đề tài 1

3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 1

5 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 2

6 Kết cấu của tiểu luận 2

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, hiện đại hóa 3

1.1 Khái niệm 3

1.2 Nội dung 3

2 Các nhân tố ảnh hưởng đến khai thác, sử dụng năng lượng gió 4

2.1 Ưu và nhược Chương 2: Thực trạng việc khai thác, sử dụng năng lượng gió 2

Chương 3: Định hướng và giải pháp 5

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

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

Danh mục tài liệu tham khảo 7

LỜI MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong thế kỷ XXI, loài người đang phải đối mặt với một loạt thách thức mangtính 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 Các loại năng lượng ngàycàng cạn kiệt dẫn đến tranh chấp lãnh thổ là những mối họa tiềm ẩn nguy cơ xung đột.Năng lượng không đủ cung cấp cho cỗ máy kinh tế thế giới đang ngày càng phình tolàm kinh tế trì trệ dẫn đến những cuộc khủng hoảng và suy thoái kinh tế Bất ổn chínhtrị rất có thể sẽ xảy ra tại nhiều nơi trên thế giới Bên cạnh đó việc sử dụng quá nhiềunăng lượng hóa thạch khiến một loạt các vấn đề về môi trường nảy sinh Trong bốicảnh sự thay đổi khí hậu đang ngày càng hiện hữu thì người ta ngày càng ý thức đượchơn sự hữu hạn của các nguồn tài nguyên Từ những điều trên, để duy trì một thế giới

ổn định, không cách nào khác là chúng ta phải tìm ra những nguồn năng lượng tái sinhthay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt Vì thế, em quyếtđịnh nghiên 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 dụng nănglượng 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 dụng nănglượng gió, cơ hội, hạn chế cũng như những thách thức được đặt ra Tìm kiếm các giảipháp thúc đẩy khai thác, sử dụng năng lượng gió của một cách hiệu quả

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Phạm vi nội dung: Nghiên cứu việc khai thác, sử dụng năng lượng gió và đưa ragiải pháp khai thác, sử dụng năng lượng gió một cách hợp lý trong quá trình côngnghiệp 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 nghiêncứu chủ yếu sau:

Phương pháp thu thập thông tin: Dữ liệu được thu thập thông qua các tài liệunghiên cứu liên quan được kiếm trên thư viện, sách báo, các bài báo liên quan đượcđăng trên Internet Các dữ liệu báo cáo tổng kết có liên quan lượng gió như: đến năngPhương pháp phân tích tài liệu: Phân tích các tài liệu lý thuyết về nguồn nănglượng vô hạn, năng lượng gió, tiến hành hệ thống hóa và xử lý các nguồn tài liệu cótrong sách, báo, internet liên quan đến đề tài Trên cơ sở tài liệu thu thập được, phântích, 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 động năngcủa không khí di chuyển trong bầu khí quyền Trái Đất Năng lượng gió là một hìnhthức gián tiếp của năng lượng mặt trời Luồng gió thay đổi tùy thuộc vào địa hình TráiĐất, luồng nước, cây cối Con người sử dụng luồng gió hoặc sự chuyển động nănglượng cho nhiều mục đích như: đi thuyền, thả diều và phát điện Sử dụng năng lượnggió là một trong các cách lấy năng lượng xa xưa nhất từ môi trường tự nhiên và đãđược 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 bầu khíquyển, nước và không khí nóng không đều nhau Một nửa bề mặt Trái Đất, mặt banđêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của mặt trời và thêm vào đó là bức xạ mặttrời 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 xích đạo và 2 cực cũng như khôngkhí giữa ban ngày và ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió Trái Đất xoay tròncũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vi trục quay của Trái Đất nghiêng đi(so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũngtạo thành các dòng không khí theo mùa

Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục củaTrái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến cùng áp thấp không chuyển động thẳng

mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam báncầu Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí di chuyển vào một vùng áp thấpngược với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng 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 hình tạitừng địa phương Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đá nóng lênnhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từ biển hay hồ vàođất liền Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước và hiệu ứng này xảy ra theochiều 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 Gió thổiquanh năm và suốt cả ngày Tuy nhiên có lúc gió thổi mạnh, cũng có lúc không 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 cao gió thôi càngmạnh 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 khi lắp ráp

và vận hành, vốn đầu tư ban đầu, chi phí lắp ráp, bảo hành rất cao Thời gian khai thácnăng lượng gió: Năng lượng gió ở các mùa là khác nhau Có khu vực tiềm năng nănglượng 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 mặt cắt 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 dụng năng 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 vì vận tốc của gió ở phía sau mộttuabin 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 mộttuabin 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

Ưu điểm 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

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 của dòngkhí Đối với bề mặt chịu tác dụng lực vuông góc với dòng khí, khi tốc độ dòng khí tăng thì áp suất càng lớn Ta có thể thấy rõ điều này khi đi xe, xe chạy càng nhanh, giótác dụng lên mặt và thân thể ta càng lớn

- Một loại tác dụng lên bề mặt dọc theo dòng khí Áp suất này do các phân tử khíchuyển động nhiệt va đập khi nó chuyển động dọc theo một bề mặt Điều kì lạ là loại thứ hai này, khi dòng khí chuyển động càng nhanh, áp suất có giá trị càng giảm

Năng lượng của gió làm cho cánh quạt quay quanh một roto Mà roto được nối với trụcchính và trục chính sẽ chuyển động làm quay trục quay của máy phát để tạo ra nănglượng điện

- Các tuabin gió được đặt trên trụ cao để thu hầu hết năng lượng gió Ở độ cao 30 méttrên mặt đất thì các tuabin gió thuận lợi: tốc độ nhanh hơn và ít bị các luồng gió bấtthường

- 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 thôngthường, việc khai triển điện gió trên thế giới hiện nay với phụ thuộc vào các cơ chế trợgiá của chính phủ các nước

-Những yếu tố quan trọng nhất trong việc xác định kinh phí sản xuất điện từ nông trạiđiện 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 xây dựng các công trình phụ Giá thành lắp đặt giảm hơn một nửa so với 2 thập kỷ trước, 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 phíbảo 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 kỳnhư 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 nghiệp chế tạotuabin gió đưa đến tối ưu hóa quá trình sản xuất, giảm giá thành sản phẩm Vốn đầu tưtuabin điện gió hiện nay có nhiều khác biệt

Theo những tính toán về vốn đầu tư và khả năng hoàn vốn, trong công nghiệp điệngió thời gian hoàn vốn lệ thuộc vào sự hỗ trợ giá điện của từng nước Tại những nướcphát triển có giá điện được hỗ trợ cao từ phía Nhà nước, thời gian hoàn vốn tương đốinhanh.

Kinh phí đầu tư cho cánh đồng điện gió hiện nay cao và thời gian hoàn vốnthường lâu hơn những công trình nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch hoặc thủyđiện

Cụ thể là kinh phí đầu tư những công trình nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tửphải 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 được Nhà nước qui định bằngpháp luật và Nhà đầu tư chấp hành nghiêm chỉnh thì chắc chắn là kinh phí cho điện gió

sẽ thấp hơn kinh phí đầu tư của những công trình nhiệt điện, thủy điện hoặc điệnnguyên 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 củađiện nguyên tử chỉ có thể xác định được một phần nhỏ qua những biến cố đã xảy ratrên thế giới

Khi van lò điện nguyên tử bị hở sẽ gây ra cháy nổ và phát sinh những chất phóng xạCasium, 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 ChấtCasium 137 tồn tại trong thời gian khoảng 30 năm và hấp thụ vào thức ăn, nước uốngrồi 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, thấmvào rong rêu, nhiễm vào các loài tôm cá, hải sản cũng như những sinh vật khác sốngtrong biển và nguy hiểm hơn nữa là những nguy cơ này vẫn tồn tại rất lâu cả khi lònguyên tử không còn hoạt động Từ những cơn mưa phóng xạ, quá trình thấm thấu củamặt 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 hủyđược

Chính đáng hơn, với tinh thần trách nhiệm đối với xã hội, với môi trường hiện tại vàthế 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 môitrường

sống và có kinh phí bồi thường những mất mát nghiêm trọng về vật chất, tài sản vàquan 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 từ100KW đến cỡ vài MW Các tua bin gió lớn hơn thì có chi phí cao và thường được lắpđặt ở những khu vực người ta thường gọi là cánh đồng tua bin gió, chúng dùng để