luận văn tốt nghiệp năng lượng gió

Trong công cuộc đi tìm nguồn năng lượng mới này con người đã đạt được những thành công nhất định: đó là sự ra đời của các trung tâm phát điện dùng năng lượng gió và năng lượng mặt trời v

KHOA SƯ PHẠM

BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ



NĂNG LƯỢNG GIÓ

Luận văn tốt nghiệp Ngành : SƯ PHẠM VẬT LÝ – TIN HỌC

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

Ths.GVC Hoàng Xuân Dinh Nguyễn Thị Hồng Lan

MSSV: 1117544

Lớp: Sp Vật lý – Tin học Khóa: 37

Cần Thơ, năm 2014

MỤC LỤC

Phần MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 1

3 Giới hạn của đề tài 1

4 Phương pháp và phương tiện thực hiện 1

5 Các bước thực hiện 1

Phần NỘI DUNG 3

Chương 1: NĂNG LƯỢNG GIÓ 3

1.1 Lịch sử về năng lượng gió 3

1.2 Sự hình thành năng lượng gió 5

1.2.1 Gió 5

1.2.2 Một số loại gió 6

1.2.2.1 Gió Tín Phong 6

1.2.2.2 Gió đất – biển 7

1.2.2.3 Gió núi – thung lũng 8

1.2.2.4 Gió mùa 9

1.2.2.5 Hiện tượng Phơn 10

1.3 Vật lý học về năng lượng gió 11

1.4 Lợi ích của phát triển điện gió 12

1.5 Mặt hạn chế khi sử dụng năng lượng gió 13

1.6 Nguyên lý hoạt động của máy phát điện gió 14

1.7 Giá thành khai thác 15

1.8 Đầu tư cho điện gió 16

Chương 2: NĂNG LƯỢNG GIÓ Ở MỘT SỐ NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI 19

2.1 Thống kê 19

2.2 Công suất định mức lắp đặt trên thế giới 20

2.3 Phát triển năng lượng gió – kinh nghiệm một số nước 24

2.3.1 Đức 24

2.3.2 Mỹ 25

2.3.3 Trung Quốc 27

2.3.4 Đan Mạch 28

2.3.5 Anh 30

Chương 3: NĂNG LƯỢNG GIÓ TẠI VIỆT NAM 33

3.1 Khái quát 33

3.1.1 Vị trí địa lý 33

3.1.2 Khí hậu 33

3.1.3 Tiềm năng gió của Việt Nam 33

3.1.4 Lượng gió theo mùa ở Việt Nam 36

3.1.4.1 Phân bố tốc độ gió tại mặt đất trên lãnh thổ 36

3.1.4.2 Đặc điểm phân bố tiềm năng năng lượng gió theo mùa 40

3.2 Thị trường điện gió Việt Nam 41

3.3 Một số cánh đồng điện gió tại Việt Nam 42

3.3.1 Cánh đồng điện gió Tuy Phong – Bình Thuận 42

3.3.2 Cánh đồng điện gió Bạc Liêu 43

3.3.3 Cánh đồng điện gió Phú Quý- Bình Thuận 45

3.3.4 Cánh đồng điện gió Phương Mai 46

3.3.4.1 Dự án đầu tư và phát triển 46

3.4.4.2 Vị trí địa lý và tiềm năng gió 47

3.4 Chính sách hỗ trợ của chính phủ 48

3.4.1 Huy động vốn đầu tư 48

3.4.2 Thuế nhập khẩu 48

3.4.3 Thuế thu nhập doanh nghiệp 48

3.5 Những vấn đề cần quan tâm khi sử dụng năng lượng gió 49

3.6 Giải quyết khó khăn 49

Phần KẾT LUẬN 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Như chúng ta đã biết việc phát minh ra điện năng đã thỏa mãn nhu cầu năng lượng của con người và đưa nền văn minh của nhân loại tiến một bước dài như hiện nay Có nhiều cách để sản xuất ra điện năng như: thủy điện, nhiệt điện, điện hạt nhân, v.v Việc nghiên cứu tìm ra các nguồn năng lượng mới và sạch đã trở thành nghiên cứu mũi nhọn của nhiều quốc gia, đặc biệt là các nước phát triển Trong công cuộc đi tìm nguồn năng lượng mới này con người đã đạt được những thành công nhất định: đó là sự ra đời của các trung tâm phát điện dùng năng lượng gió và năng lượng mặt trời với công suất lên đến hàng ngàn megaoat Tuy nhiên, khi khai thác những nguồn năng lượng trên còn phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên Trong những năm gần đây phong điện ở nước ta đã được triển khai khá mạnh mẽ

Vì vậy chúng ta phải nghiên cứu và ứng dụng nguồn năng lượng vô tận này một cách tốt nhất và hiệu quả nhất Với đề tài “Năng lượng gió”, em mong muốn đóng góp phần nào trong việc đẩy mạnh nghiên cứu nguồn năng lượng gió

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Tìm hiểu nguồn năng lượng gió để trong tương lai không xa chúng ta có thể sử dụng nguồn năng lượng này nhiều hơn, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và sự sống trên trái đất ít bị đe dọa hơn, góp phần vào sự phát triển kinh tế xã hội

3 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài năng lượng gió này được nghiên cứu dựa trên lý thuyết thông qua các tài liệu, sách vở, báo chí, và internet

4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Sưu tầm, phân tích, tổng hợp các dữ liệu những thông tin có liên quan trong sách, giáo trình, các phương tiện truyền thông đại chúng như: báo, đài, tạp chí, tìm tài liệu trên mạng internet,…

5 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

1) Nhận đề tài

2) Tìm tài liệu có liên quan và viết đề cương

3) Tổng hợp tài liệu viết luận văn

4) Nộp luận văn

5) Hoàn chỉnh luận văn

6) Báo cáo luận văn

Phần NỘI DUNG

Chương 1: NĂNG LƯỢNG GIÓ

1.1 LỊCH SỬ VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ

Năng lượng gió đã được sử dụng từ hằng trăm năm nay Con người đã dùng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm hay khinh khí cầu Ngoài ra năng lượng gió còn được sử dụng để tạo công cơ học để làm quay cối xay gió hay điện năng tuabin gió, xe chạy bằng năng lượng gió…

Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phát minh ra điện và máy phát điện Lúc đầu nguyên tắc của cối xoay gió chỉ được biến đổi nhỏ và thay vì là chuyển đổi động năng của gió thành năng lượng cơ học thì dùng máy phát điện

để sản xuất năng lượng điện Khi bộ môn cơ học dòng chảy tiếp tục phát triển thì các thiết bị xây dựng và hình dáng của các cánh quạt cũng được chế tạo đặc biệt hơn Ngày nay người ta gọi đó là tuabin gió, khái niệm cối xay gió không còn phù hợp nữa vì chúng không còn có thiết bị nghiền Từ sau những cuộc khủng hoảng dầu trong thập niên 1970 việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác được đẩy mạnh trên toàn Thế giới, kể cả việc phát triển các tuabin gió hiện đại Bảng 1.1 cho thấy lịch sử về năng lượng gió

Bảng 1.1: Lịch sử về năng lượng gió

đẩy thuyền

được sử dụng để xay ngũ cốc

1300

Cối xay gió trục ngang đầu tiên (giống như một vòng hoa) xuất hiện ở Tây

Âu để ráo nước các lĩnh vực tại Hà Lan và để di chuyển nước tưới tại

Pháp Cải tiến công nghệ cho phép mài cao và bơm

Charles F Brush Tool phát minh ra một cối xay gió lớn mà tạo ra điện ở Cleveland, Ohio Nó có thể sản xuất 12 kW điện Cối xay gió bắt đầu

được gọi là “tuabin gió”

năng lượng nhà ở nông thôn và các trang trại ở Mỹ

1920

Nhà phát minh người Pháp GJM Darrieus phát triển một động cơ tuabin trục thẳng đứng, bao gồm mảnh mai, lưỡi cong gắn vào đầu và cuối của một ống thẳng đứng quay Thiết kế này thường được gọi là một

phương trong nhiều năm trong Thế chiến II

khơi bờ biển của Đan Mạch

1973

Tổ chức các nước xuất khẩu dầu mỏ (OPEC) bắt đầu một lệnh cấm vận dầu, khiến giá dầu tăng lên đáng kể Giá dầu cao tăng lãi suất trong các

nguồn năng lượng thay thế

MOD-1, có công suất 2 megawatt

1980

Các doanh nghiệp Mỹ được thưởng cho việc sử dụng năng lượng tái tạo với một khoản tín dụng thuế Các tín dụng thuế liên bang cho năng lượng

gió là 25%

250.000 hộ gia đình Tuabin gió vẫn còn rất kém hiệu quả vào lúc này

1980 Bộ Năng lượng (DOE) tài trợ cho nghiên cứu này đạt đến một điểm

thấp trong năm 1989.

1990

Phát triển mối quan tâm của công chúng về các vấn đề môi trường như ô nhiễm không khí và sự nóng lên toàn cầu khuyến khích quan tâm đến năng

lượng tái tạo

nghiệp năng lượng gió toàn cầu tạo ra khoảng 7 tỉ USD trong kinh doanh

khuyến khích tăng trưởng ở Đức, Đan Mạch và Tây Ban Nha

2005

Một đạo luật chính sách năng lượng của Mỹ được cập nhật tăng cường ưu đãi cho các nguồn năng lượng tái tạo Sản xuất năng lượng gió toàn cầu

tiếp tục tăng trưởng theo cấp số nhân

2010

Cape gió đã được phê duyệt bởi Chính phủ Liên bang như trang trại gió

ngoài khơi đầu tiên của Mỹ

1.2 SỰ HÌNH THÀNH NĂNG LƯỢNG GIÓ

Ngoài ra vào ban đêm, một nửa bề mặt của trái đất, bị che khuất không nhận được tia nắng mặt trời, nửa bề mặt kia là ban ngày nên cường độ tia nắng cao hơn, thêm vào đó nhiệt độ ở Bắc bán cầu, Nam bán cầu và đường xích đạo cũng như nhiệt độ ở biển và trên

đất liền luôn khác nhau Chính vì sự thay đổi nhiệt độ của khí quyển làm không khí chuyển động Sự chuyển động của không khí được gọi là gió

Sự khác biệt về nhiệt độ trong bầu trời cũng biến thiên theo mùa (mùa hạ trời nóng, mùa đông trời lạnh), theo vùng (nhiệt đới nóng, ôn đới lạnh), theo đêm ngày (đêm mát vì không có mặt trời, ngày nóng vì có ánh nắng), theo địa hình (núi, thung lũng)

Tóm lại, nóng không đồng đều trên mặt địa cầu đã tạo ra những nơi có khí áp cao hay thấp nên gió cũng có nhiều loại Người ta thường phân biệt 3 loại gió chính:

 Gió geostrophic (hay còn gọi là gió toàn cầu: global wind): gây ra bởi sự chênh lệch nhiệt độ, áp suất, thổi ở độ cao khoảng 1000 m so với mặt đất, không phụ thuộc nhiều vào bề mặt Trái Đất Loại gió này không tạo nguồn năng lượng cho điện gió

 Gió bề mặt (surface wind): thổi trên mặt đất cho đến độ cao 100 m Loại gió này phụ thuộc điều kiện mặt đất, địa hình (giảm vận tốc gió) Lưu ý là hướng gió thổi gần mặt đất khác rất xa gió thổi trên cao Gió bề mặt là nguồn năng lượng chủ yếu cho điện gió

 Gió địa phương (gió biển, gió bờ…): gió bề mặt phụ thuộc mật thiết vào điều kiện khí hậu địa phương hầu hết được sử dụng tại các hệ thống điện gió, đặc biệt là gió biển và gió bờ

1.2.2 Một số loại gió

1.2.2.1 Gió Tín Phong

Ở miền nhiệt đới hệ thống gió có qui mô lớn nhất là Tín Phong Tín Phong là dòng khí

ổn định thổi từ phần hướng về phía xích đạo của cao áp cận nhiệt Từ trục cao áp cận nhiệt mỗi bán cầu đến trục dải áp thấp xích đạo là hai đới Tín Phong rộng lớn hướng đông bắc ở Bắc bán cầu và đông nam ở Nam bán cầu Đó là nhánh dưới thấp của vòng lưu Hadley (Hình 1.1) Đây là hệ thống gió mặt đất ổn định nhất trên trái đất với tần suất thịnh hành là 80 – 90% và tốc độ gió trung bình mùa đông tới 4,3 m/s và 2,4m/s vào mùa

Hình 1.1: Các đới gió và đới khí áp hành tinh ở mặt đất

1.2.2.2 Gió đất – biển

Gió đất – biển là gió địa phương đặc trưng cho khu vực địa lý đất và biển Gió đất – biển thường quan sát được trong những ngày trời quang ở bờ biển hay ở gần bờ những vùng chứa nước lớn, ban ngày gió thổi từ biển vào đất liền được gọi là gió biển, còn ban đêm gió thổi từ đất liền ra biển được gọi là gió đất

Gió biển thường thịnh hành vào những giờ ban ngày, mạnh nhất là sau buổi trưa Khi mặt trời lặn, gió biển yếu đi rồi được thay thế bằng gió đất Gió đất được duy trì suốt đêm cho tới sáng hôm sau, khi mặt trời mọc Nguyên nhân gây ra gió đất – biển là sự chênh lệch nhiệt độ không khí trên đất liền và trên biển, nhờ đó mà xuất hiện một hoàn lưu nhiệt thẳng đứng

Vào ban ngày bề mặt đất nóng hơn bề mặt nước biển, không khí trên đất liền dãn nở

và bốc lên cao, không khí lạnh hơn từ ngoài biển thổi vào thế chỗ cho không khí nóng trên đất liền, không khí nóng khi lên cao sẽ thổi ra biển rồi giáng xuống thế chỗ cho không khí lạnh hơn ở trên biển Như vậy, theo qui luật hoàn lưu nhiệt, ở đây đã hình thành một vòng hoàn lưu khép kín Ban đêm, gió đất diễn ra với chu trình hoàn toàn ngược lại

Gió đất – biển thể hiện rất rõ ở miền nhiệt đới, nơi có độ chiếu nắng đặc biệt mạnh như tại nước ta nên có độ tương phản lớn về nhiệt độ giữa mặt đất và nước Sự thay thế lẫn nhau giữa gió đất và biển trong một ngày đêm được lặp lại một cách đều đặn

Vào ban ngày sự khác nhau về nhiệt lớn hơn vào ban đêm nên gió biển thường mạnh hơn gió đất Bề dày của gió biển cũng lớn hơn bề dày của gió đất, thông thường bề dày của gió biển phát triển tới độ cao khoảng 1000 m và dòng gió ngược trên cao lên tới độ cao khoảng 3000 m, trong khi đó gió đất chỉ lên tới độ cao 250 m

Càng xa bờ biển gió đất – biển càng yếu Ở miền nhiệt đới gió biển có thể quan sát thấy trong vùng cách bờ biển không quá 100 km, còn ở vùng vĩ độ trung bình gió biển

bắt đầu thổi ở trên biển cách bờ khoảng 5 km và xâm nhập vào sâu trong đất liền chừng

30 km Phạm vi mở rộng theo phương ngang của gió đất cũng yếu hơn gió biển rất nhiều

1.2.2.3 Gió núi – thung lũng

Ở miền núi thường quan sát thấy gió với chu kỳ ngày đêm giống như gió đất – biển

không khí từ thung lũng tràn đến thế chỗ, như vậy đã tạo nên một dòng gió thổi từ thung lũng lên sườn núi và được gọi là gió thung lũng Gió thung lũng thường xuất hiện vào khoảng 9 giờ sáng và kết thúc vào lúc mặt trời lặn

Ban đêm các sườn núi bị lạnh đi do bức xạ nên không khí tiếp xúc với sườn núi lại lạnh đi nhiều hơn, nó sẽ chảy xuống thung lũng dọc theo sườn núi tạo thành gió núi Gió núi – thung lũng thực sự là những dòng gió phát triển ở những thung lũng lớn, sâu và có đáy gần như nằm ngang, nối liền với một vùng đồng bằng Không khí tiếp xúc với các sườn núi được nung nóng hơn vào ban ngày và bị lạnh hơn vào ban đêm so với không khí trong khí quyển tự do có cùng độ cao trên vùng đồng bằng lân cận Do đó, trên sườn núi vào ban ngày khí áp thấp hơn, còn vào ban đêm khí áp cao hơn so với vùng đồng bằng

Sự phân bố khí áp như vậy làm xuất hiện những luồng gió thổi từ đồng bằng lên trên theo sườn núi (gió thung lũng) vào ban ngày và thổi từ trên núi xuống đồng bằng (gió núi) vào ban đêm (hình 1.2)

Hình 1.2: Các thành phần cơ bản của gió thung lũng và gió núi: (a) gió thung lũng

(anabatic) ban ngày và (b) gió núi (katabatic) ban đêm Các đường ngang chỉ các

Hệ thống gió này có thể phát triển với quy mô khác nhau trên đỉnh núi hay thung lũng thậm chí có thể trên một sườn riêng lẻ dọc theo dãy núi hay đoạn đèo và giữa khu vực đất cao và khu vực đất thấp như khối cao nguyên Tibet – Himalaya và đồng bằng sông Hằng phía bắc Ấn Độ Rõ ràng là sự biến động theo khu vực lớn của hoàn lưu chung vẫn xảy ra nhưng gió núi vào ban ngày và gió thung lũng ban đêm vẫn hình thành trong phần lớn các trường hợp

Gió núi thường yếu hơn gió thung lũng vào ban ngày do sự khác biệt nhiệt thường nhỏ hơn và chịu ảnh hưởng của ma sát làm giảm tốc độ gió ở gần mặt đất Tuy nhiên, gió núi

có thể mạnh, điều đó đặc biệt dễ xảy ra trong trường hợp đối với núi cao miền ôn đới Do hiệu ứng độ cao nên ở mặt đất không khí có thể lạnh đi rất nhanh trong điều kiện thời tiết trời quang Trong những điều kiện này dòng khí thổi từ trên xuống dưới xuống theo sườn

có thể rất mạnh, gió có thể giật, vượt quá tốc độ 15 m/s Hiệu ứng chủ yếu của gió núi là làm tan mây nhanh chóng ở đỉnh núi và ở trên các sườn núi Không khí lạnh giáng xuống

có thể tạo nên sương mù ở thung lũng và trên sườn núi, khi gió núi làm lạnh không khí ở thung lũng tới điểm sương Gió núi có thể kết hợp với gió đất biển trong khu vực địa hình tăng cường dòng khí thổi về phía biển ban đêm Chúng thường hội tụ với dòng khí qui

mô ngược hướng, tạo nên dải đối lưu ngoài khơi ban đêm

Ngoài những trường hợp trên, còn phải nói đến một loại gió địa phương cũng khá thịnh hành là gió Phơn và gió Bo – ra Gió Phơn là gió khô và nóng thổi qua các dãy núi Hiệu ứng Phơn càng mạnh nếu không khí đến bên sườn đón gió càng ẩm

1.2.2.4 Gió mùa

Theo Khromov (1957) định nghĩa: “Gió mùa là chế độ dòng khí của hoàn lưu chung khí quyển trên một phạm vi đáng kể của bề mặt Trái Đất, trong đó ở mọi nơi gió thịnh hành chuyển ngược hướng hay gần như ngược hướng từ mùa đông sang mùa hè và từ mùa hè sang mùa đông” Sau đó Ramage (1971) bổ sung được nhiều nhà khí tượng thừa nhận nhất Theo định nghĩa này, khu vực được gọi là có gió mùa nếu hoàn lưu bề mặt trong tháng 1 và tháng 7 thỏa mãn bốn tiêu chuẩn sau:

 Tần suất trung bình của hướng gió thịnh hành trong hai tháng phải

 Tốc độ gió tổng hợp trung bình của ít nhất một trong hai tháng phải

 Sự luân phiên của hoàn lưu xoáy thuận/nghịch xảy ra trong hai tháng của hai năm liên tiếp, trên một hình vuông 5 kinh/vĩ độ, phải nhỏ hơn một lần

Ba nhân tố cơ bản hình thành nên gió mùa đó là:

 Tác động quay của trái đất

Việt Nam nằm trong khu vực gió mùa Đông Nam Á điển hình nhất trên Trái Đất Gần đây, theo số liệu sóng dài cực đại mất đi vào không gian vũ trụ theo tài liệu vệ tinh (OLRmax) khu vực gió mùa được chia ra gồm khu vực gió mùa Đông Nam Á (SEAM – Southeast Asia Monsoon) trải dài từ phần đông biển Ả Rập qua Ấn Độ, vịnh Bengal tới Đông Dương, khu vực gió mùa Bắc Australia và Indonesia (NAIM – North Australia – Indonesia Monsoon) kéo dài theo vĩ hướng từ Indonesia đến Biển San Hô trong dải giới

và Borneo Khu vực gió mùa Tây Bắc Thái Bình Dương (Western of North Pacific

giới là Biển Đông

Gió mùa gồm Gió mùa mùa đông và Gió mùa mùa hè

Gió mùa mùa đông:

Vào mùa đông ở Việt Nam thịnh hành gió đông bắc thổi từng đợt đưa không khí cực đới biến tính lạnh khô vào đầu và giữa mùa đông và không khí lạnh với độ ẩm tương đối lớn hơn vào giữa mùa đông thường xâm nhập từ phía đông nam Trung Quốc vào Việt Nam Những đợt không khí lạnh này còn gọi là sóng lạnh hay hàn triều gây ra rét đậm, rét hại, ngoài khơi vịnh Bắc Bộ gió mạnh lên cấp 6, cấp 7, biển động mạnh gây ảnh hưởng lớn đến sản xuất nông nghiệp và hoạt động trên biển

Gió mùa mùa hè:

Vào đầu mùa hè khi đới bức xạ cực đại và đới gió hành tinh dịch chuyển lên phía bắc tín phong đông nam từ Nam Bán Cầu vượt qua xích đạo và chuyển hướng thành gió mùa tây nam, thổi vào Đông Nam Á Trong suốt mùa hè gió mùa mùa hè luôn biến đổi về cường độ và phạm vi hoạt động Vào thời kỳ gió mùa mạnh rãnh gió mùa của áp thấp Nam Á có thể mở rộng về phía đông tới Biển Đông

1.2.2.5 Hiện tượng Phơn

Phơn là hiện tượng gió khô nóng, thổi từng đợt, từng lúc một từ núi xuống thung lũng Nhiệt độ không khí trong Phơn lớn và đôi khi tăng rất nhanh: độ ẩm tương đối giảm đột ngột, đôi khi giảm đến giá trị rất nhỏ Phơn tạo thời tiết khô nóng với nhiệt độ cực đại

quan sát thấy dao động rất nhanh và đột ngột của nhiệt độ và độ ẩm do không khí nóng của Phơn gặp không khí lạnh tràn đầy thung lũng

Phơn có thể xuất hiện ở bất kỳ vùng núi nào nếu dòng không khí hoàn lưu chung vượt qua dãy núi cao Từ sườn khuất gió không khí thổi xuống dưới, ở đó không khí dãn nở, vì vậy không khí của các tầng cao hơn lắng xuống dưới dạng gió để hạ xuống Khi Phơn phát triển mạnh ở phía sườn khuất gió của dãy núi, thì ở sườn đón gió nhiều khi quan sát thấy chuyển động đi lên của không khí theo sườn núi

Nếu không khí ban đầu bốc lên theo sườn đón gió và trong đó xảy ra quá trình tạo mây thì từ thung lũng của sườn khuất gió có thể quan sát thấy mây dạng thành trên đỉnh núi Khi không khí trong Phơn hạ xuống theo sườn khuất gió, mây trong nó bốc hơi; còn trên sườn hứng gió ngược lại mây luôn luôn hình thành Kết quả là mây dạng này hình thành trong gió phơn – thành phơn – dường như gắn bất động với dãy núi Tình hình đó cũng xảy ra như trên sườn tây của dãy Trường Sơn ở Việt Nam vào mùa gió tây nam: sườn tây Trường Sơn mưa lớn còn ở sườn đông gió khô nóng gây nên thời tiết khô nóng hai ba

(hình 1.3)

Thời gian hoạt động của phơn có thể kéo dài từ vài giờ đến vài ngày đêm, đôi khi có thời gian gián đoạn

Hình 1.3: Dòng gió và sự biến đổi nhiệt độ trong hiện tượng Phơn

1.3 VẬT LÝ HỌC VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ

đi qua một mặt phẳng hình tròn vuông góc với chiều gió trong thời gian là:

Với: là tỷ trọng của không khí

là thể tích khối lượng không khí đi qua mặt cắt ngang hình tròn, diện tích , bán kính trong thời gian

Vì thế động năng E (kin) và công suất P của gió là:

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 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

1.4 LỢI ÍCH CỦA PHÁT TRIỂN ĐIỆN GIÓ

Năng lượng gió được ứng dụng với quy mô lớn và phát triển nhanh chóng do nó mang lại nhiều lợi ích so với năng lượng truyền thống Để thấy được lợi ích của việc phát triển điện gió trước tiên chúng ta phải tìm hiểu về những tác hại có thể có của các nguồn năng lượng truyền thống khác

- Năng lượng hạt nhân là nguồn năng lượng sạch, nhưng nó là một nguồn năng lượng tiềm tàng những hậu quả khôn lường Thứ nhất là về công nghệ, hiện nay con người cũng chỉ mới có kinh nghiệm vài chục năm trong việc xây dựng và vận hành các nhà máy hạt nhân Đằng sau việc vận hành sử dụng, thì việc xử lý từ các nhà máy hạt nhân sau thời gian sử dụng là một điều hoàn toàn mới mẻ Các sự cố về hạt nhân cũng có thể xảy ra và đem đến những hậu quả nặng nề Thứ hai là về mặt chính trị: con người đang sống ngay trên kho vũ khí hạt nhân khổng lồ mà sức tàn phá của nó có thể phá hủy trái đất

- Nhiệt điện là nguồn năng lượng chủ yếu của thế kỷ 20, là mạch máu của các cuộc đại công nghiệp trong các thế kỷ vừa qua Việc sử dụng các nguồn năng lượng không tái sinh làm cạn kiệt tài nguyên dẫn đến tranh giành, chi phối để tạo ảnh hưởng với các nguồn tài nguyên còn lại, phá hủy môi trường, trái đất ấm lên, băng tan ở hai cực, thiên tai tàn khóc hơn, môi trường sống bị hủy hoại phát sinh nhiều bệnh tật…

- Thủy điện đã từng được xem là cứu cánh cho vấn đề thiếu hụt năng lượng, cho một loạt các vấn đề vầ xã hội như nông nghiệp, chăn nuôi Nhưng giờ đây con người đã có đủ tri thức để nhận ra rằng con người sinh ra không phải để chinh phục thiên nhiên mà con người được sinh ra trong thiên nhiên và phải sống hòa hợp với thiên nhiên Bất kỳ một hành động nào theo chủ quan con người mà không đánh giá đến tác động của thiên nhiên đều là những hành động sai lầm; những điều đó hủy hoại đời sống của con người Qua

nhiều năm phát triển thủy điện một cách tràn lan giờ đây ta đang phải chịu đựng những mặt trái của nó đối với môi trường Đất canh tác bị thu hẹp, rừng bị tàn phá, thay đổi dòng chảy các sông, không còn rừng điều tiết nước làm cho các dòng sông cạn vào mùa khô, lũ lụt về mùa mưa…Tất cả những điều đó để nói lên rằng phát triển thủy điện ở nước ta không mang nhiều ý nghĩa nữa nếu xét một cách nghiêm túc những lợi hại của

nó Có chăng việc phát triển thủy điện chỉ còn ý nghĩa kinh tế đối với các tập đoàn kinh

tế

- Các nguồn năng lượng tái sinh mới như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sinh học, năng lượng địa nhiệt, năng lượng thủy triều… là các nguồn năng lượng mới hứa hẹn đem lại nhiều điều tốt đẹp cho xã hội loài người trong tương lai Một cách khách quan và tổng thể đối với Việt Nam thì năng lượng mặt trời và năng lượng gió chính là những nguồn năng lượng dồi dào và có thể nói là vô tận đối với Việt Nam Chúng là những nguồn năng lượng có thể giải quyết tốt và nhanh chóng các vấn đề năng lượng trong nước về hiện tại cũng như là trong tương lai Đánh giá đúng mức về năng lượng gió, chúng ta có thể rút ra được mấy ưu điểm sau của năng lượng gió mà các nguồn năng lượng khác khó có được:

 Tận dụng được các đồi trọc để xây các tuabin gió, nó không chiếm diện tích lớn như các panel thu năng lượng mặt trời Vùng đất đặt các tuabin vẫn sử dụng để canh tác được

 Ảnh hưởng đến đất canh tác không đáng kể

 Ảnh hưởng của thiên nhiên nơi đặt các tuabin gió không đáng kể nếu so sánh với các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, điện hạt nhân, …

 Là nguồn năng lượng sạch và vô tận đối với thiên nhiên Điều đó là điều tiên quyết đem lại lợi thế của năng lượng gió so với các nguồn năng lượng hóa thạch vốn có hạn và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường Với việc công nghệ ngày càng tiến bộ,

và việc sử dụng năng lượng gió ngày càng phổ biến hơn thì giá thành của năng lượng gió ngày càng rẻ cộng với xu hướng ngày càng tăng lên của các nguồn năng lượng hóa thạch phổ biến thì đây cũng là một lợi ích to lớn của năng lượng gió

năm 2010, lượng khí thải giảm được là 243 triệu tấn

 Giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu và hạn chế sự phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu từ nước ngoài

1.5 MẶT HẠN CHẾ KHI SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ

- Vốn đầu tư cao, vì vậy giá bán cao

- Năng lượng gió phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết và chế độ gió Chính vì thế nó không thể là nguồn năng lượng chủ lực

- Những nơi có năng lượng gió tốt thường ở những vị trí xa xôi các thành phố nhưng những nơi đó lại cần điện

- Có thể thay đổi dòng không khí làm ảnh hưởng đến các loài chim cư trú

- Thay đổi hoặc làm phá vỡ cảnh quan của vùng lắp đặt điện gió

- Gây ra tiếng ồn khi vận hành, làm ảnh hưởng đến sinh hoạt của người dân xung quanh

- Có thể ảnh hưởng đến các trạm thu phát sóng điện thoại, truyền hình

Đó là những mặt hạn chế của năng lượng gió, nhưng cơ bản thì các hạn chế này rất nhỏ

so với các hạn chế của các nguồn năng lượng hóa thạch

1.6 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ

Khi gió thổi, nó tạo nên dòng chuyển động của các 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 dòng khí 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, gió tác 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 khí chuyển 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 trục chính và trục chính sẽ chuyển động làm quay trục quay của máy phát để tạo ra năng lượng điện

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…

1.7 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 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 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 (David Milborrow,

Windpower Monthly, January 2002)

1.8 ĐẦU TƯ CHO ĐIỆN GIÓ

Trong hai thập niên qua, đã có nhiều tiến bộ quan trọng trong công nghiệp chế tạo tuabin gió đưa đến tối ưu hóa quá trình sản xuất, giảm giá thành sản phẩm Vốn đầu tư tuabin điện gió hiện nay có nhiều khác biệt Theo một báo cáo chính thức (Official Press Release) của Tuần báo kinh tế CHLB Đức Wirtschaftswoche tháng 01 năm 2011 thì Cánh đồng điện gió West Wind tại Wellington - Tân Tây Lan thì giá thành một KiloWatt điện chỉ khoảng từ 4 đến 4,5 Euro-Cent trong khi giá thành của một KiloWatt điện của nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch là 6 Euro-Cent Cũng theo báo cáo này thì tại một Cánh đồng điện gió lắp đặt tuabin Enercon E-82, loại 2MW năm 2010, kinh phí lắp đặt cho công suất mỗi KiloWatt là 1786 Euro, trong khi giá thành của mỗi Kilowatt của Cánh đồng điện gió Königsfeld tại CHLB Đức chỉ khoảng 1100 Euro và kinh phí lắp đặt trung bình trên thế giới trong năm 2011 là dưới 1000 Euro cho mỗi Kilowatt

Bảng 1.2: Tỉ lệ phần trăm vốn đầu tư của tuabin điện gió trên biển

Tuabin điện gió, kể cả máy biến thế và hệ

Dây cáp trung thế trong trang trại điện gió 2%

Kinh phí cho tuabin điện gió tại Việt Nam có nhiều khác biệt do việc vận chuyển, do chi phí thêm cho hạ tầng cơ sở, lưới điện, đường và đặc biệt là những chi phí phụ quá cao Việc phân tích vốn đầu tư của từng tuabin điện gió vì thế cũng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, theo báo cáo của Giáo sư tiến sĩ kỹ sư Dr.-Ing.Jochen Twele tại Bern - Thụy Sĩ vào năm 2006 thì kinh phí riêng cho tuabin điện gió lắp đặt trên đất liền kể cả vận chuyển

và lắp đặt là khoảng 77,1 %, tỉ lệ phần trăm còn lại là chân đế, kinh phí nối điện, tư vấn

và những kinh phí phụ khác

Cũng theo tài liệu của tác giả và Giáo sư tiến sĩ kỹ sư Dr.-Ing Robert Gash CHLB Đức năm 2011 thì kinh phí xây dựng trang trại điện gió trên biển có tỉ lệ khác vì việc đặt dây cáp dẫn điện vào đất liền và xây dựng chân đế trên nền biển tốn kém hơn trên đất liền

và cũng tùy theo độ sâu của nền biển, khoảng cách mà tỉ lệ này có thể thay đổi như bảng 1.2

Theo những tính toán về vốn đầu tư và khả năng hoàn vốn, trong công nghiệp điện gió thời gian hoàn vốn lệ thuộc vào sự hỗ trợ giá điện của từng nước 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 hoàn vốn thường lâu

hơn những công trình nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch hoặc thủy điện

Cụ thể là kinh phí đầu tư những công trình nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên 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 được Nhà nước qui định bằng pháp 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 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

Chính vì những lý do trên mà những loại năng lượng sạch như điện từ ánh nắng mặt trời, điện gió, địa nhiệt, điện từ sóng biển, khí sinh học hoặc tương tự được mọi người trong xã hội quan tâm và mong muốn một ngày nào đó môi trường sống của con người và những động vật khác trên hành tinh địa cầu được sạch hơn và an toàn hơn

Chương 2: NĂNG LƯỢNG GIÓ Ở MỘT SỐ NƯỚC

TRÊN THẾ GIỚI

2.1 THỐNG KÊ

Cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 này vấn đề về nguồn năng lượng cung cấp cần phải xem xét lại: hiện nay nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn dần, đồng thời vấn đề gây ô nhiễm môi trường do việc đốt nhiên liệu hóa thạch càng trở nên trầm trọng Vấn đề năng lượng sạch đang được quan tâm nhiều và là một sự lựa chọn cho ngành năng lượng thay thế trong tương lai Nguồn năng lượng sạch đang được quan tâm như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sóng biển, năng lượng thủy triều… Tất cả những loại năng lượng này sẽ góp phần rất lớn vào việc cải tạo cuộc sống nhân loại và cải thiện môi trường Các hệ thống năng lượng này xem như là một sự lựa chọn thay thế cho các hệ thống cung cấp từ lưới điện quốc gia ở những vùng nông thôn biệt lập, nơi mà việc phát triển lưới điện không khả thi về mặt kinh tế, trong đó năng lượng gió được xem là nguồn năng lượng dễ khai thác với công nghệ đơn giản và chi phí đầu tư và vận hành tương đối thấp

Theo tính toán của các nhà nghiên cứu, năng lượng từ mặt trời đến trái đất khoảng 173.000 tỉ KW còn năng lượng từ gió ước tính khoảng 3.500 tỉ KW Trên toàn bộ bề mặt hành tinh của chúng ta, năng lượng có thể khai thác được từ gió lớn hơn năng lượng khai thác toàn bộ các dòng sông trên Trái Đất từ 10 đến 20 lần

Nhận thức được tầm quan trọng của năng lượng tái sinh nói chung và năng lượng gió nói riêng, chính phủ nhiều quốc gia trên thế giới đang dốc tiền của, nhân lực vào việc nghiên cứu và đưa vào sử dụng thực tiễn năng lượng gió, giúp giảm sự căng thẳng năng lượng ở các nước

Hình 2.1 trình bày công suất sản xuất từ điện gió trên thế giới trong khoảng thời gian

từ 2001 đến năm 2011 Tổng công suất sản suất từ điện gió trên thế giới vào năm 2009 là 159,2 GW, với 340 TWh năng lượng, xác định mức tăng trưởng 31% mỗi năm, một con

số khá lớn giữa lúc nền kinh tế toàn cầu đang gặp nhiều khó khăn Theo thống kê thế giới, Đức, Tây Ban Nha, Mỹ, Đan Mạch và Ấn Độ là những quốc gia sử dụng năng lượng gió nhiều nhất trên thế giới Chẳng hạn vào năm 2009, điện gió chiếm 8% tổng số điện sử dụng tại Đức; trong khi đó con số này lên đến 14% ở Ai-len và 11% tại Tây Ban Nha Mỹ sản suất nhiều điện gió nhất thế giới và công suất nhảy vọt từ 6 GW vào năm

2004 lên đến 35 GW vào năm 2009 và điện gió chiếm 2,4% tổng số điện tiêu dùng Trung Quốc và Ấn Độ cũng phát triển nhanh về nguồn năng lượng sạch này với 22,5 GW (Trung Quốc, 2009) và 25 GW (Ấn Độ, 2009)

Hình 2.1: Công suất điện gió trên thế giới trong thời gian 2001-2011

2.2 CÔNG SUẤT ĐỊNH MỨC LẮP ĐẶT TRÊN THẾ GIỚI

Tính đến năm 2007, trong số 20 thị trường lớn nhất trên thế giới, chỉ riêng châu Âu đã

có 13 nước với Đức là nước dẫn đầu về công suất của các nhà máy dùng năng lượng gió với khoảng cách xa so với các nước còn lại Tại Đức, Đan Mạch và Tây Ban Nha việc phát triển năng lượng gió liên tục trong nhiều năm qua được sự nâng đỡ của chính phủ sở tại nhờ vào đó mà một ngành công nghiệp mới đã phát triển tại 3 quốc gia này Công nghệ Đức (bên cạnh các phát triển mới từ Đan Mạch và Tây Ban Nha) đã được sử dụng trên thị trường nhiều hơn trong những năm vừa qua

Năm 2007 thế giới đã xây mới được khoảng 20073 MW điện, trong đó Mỹ với 5244

MW, Tây Ban Nha 3522MW, Trung Quốc 3449 MW, 1730 MW ở Ấn Độ và 1667 ở Đức, nâng công suất định mức của các nhà máy sản xuất điện từ gió lên 94.112 MW (Bảng 2.1) Công suất này có thể thay đổi dựa trên sức gió qua các năm, các nước, các vùng

Trong vòng 10 năm (2001 – 2011), công suất điện gió lắp đặt của thế giới tăng gần 10 lần 81% việc lắp đặt điện gió là ở Mỹ và châu Âu (Đức, Tây Ban Nha) và một số nước châu Á (Trung Quốc, Ấn Độ)

Bảng 2.1: Công suất định mức năng lượng gió của các nước trên thế giới năm 2007

Hình 2.2: Sự phát triển của công suất điện gió trên thế giới theo khu vực

Công suất lắp đặt điện gió tăng nhanh nhất vào năm 2009, ở mức 32% so với năm

2008, đánh dấu sự phát triển rộng rãi của ngành công nghiệp điện gió cũng như sự đầu tư của các nước phát triển vào nền công nghiệp này Cho đến năm 2008, Đức vẫn là nước dẫn đầu thế giới về công suất lắp đặt điện gió Nhưng trong các năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ điện gió, các nước khác cũng đã vươn lên mạnh mẽ và đạt được

sự tăng trưởng đáng kể Đến năm 2010, Trung Quốc vươn lên dẫn đầu thế giới với tổng công suất lắp đặt điện gió là 42.3 GW Đứng thứ hai là Mỹ, Đức rơi xuống vị trí thứ 3 Tuy nhiên, năm 2010 thị trường điện gió đã giảm lần đầu tiên trong 20 năm, giảm 7%

so với 38,6 GW vào năm 2009, nguyên nhân chủ yếu là do một năm đáng thất vọng tại

Mỹ, cũng như suy giảm ở châu Âu Đây là một kết quả của cuộc khủng hoảng tài chính,

sự sụt giảm của các đơn đặt hàng tuabin gió, nhu cầu về điện OECD sụt giảm Mỹ, một thị trường truyền thống về năng lượng gió mạnh nhất, đã giảm 50% lượng lắp đặt từ 10

GW trong năm 2009 xuống chỉ còn hơn 5 GW vào năm 2010

Sự phát triển theo thời gian đã làm cho giá thành điện năng phát ra từ tuabin gió giảm

từ 6,15 UScent/ kWh (năm 1995) xuống còn 4,6 UScent/ kWh (năm 1999) và đến năm

2005 chỉ còn 3,91 UScent/ kWh Giá thành lắp đặt tuabin gió hiện tại trung bình vào khoảng 1000 USD/ kW Với giá thành điện năng sản xuất từ điện gió ngày càng rẻ, kỹ thuật ngày càng tin cậy, “Năng lượng gió hiện đang nhanh chóng vượt ra khỏi thị trường

“nước giàu” truyền thống, khiến sự cạnh tranh tăng lên” Đây là một xu hướng chúng ta đang mong đợi cho sự phát triển hơn nữa trong tương lai, không chỉ ở riêng châu Á mà còn ở châu Mỹ Latinh, đặc biệt là Brazil và Mexico, và ở cả hai miền Bắc lẫn tiểu vùng Sahara châu Phi

Đến năm 2012, Nhà sưu tầm Zachary Shahan đã sử dụng các số liệu thu thập bởi Hội đồng năng lượng gió toàn cầu (GWEC) và một vài tổ chức tư nhân khác để xây dựng nên danh sách các quốc gia “mạnh” trên thế giới có công suất điện gió tính theo mật độ dân

Các số liệu thống kê sắp xếp thứ tự cũng được mô tả qua hình thức khác cho 15 nước phát triển điện gió hàng đầu ở thời điểm ở năm 2012 trên Đồ thị số 2.4 Độ lớn về công suất điện gió theo đầu dân số tương ứng với độ lớn diện tích (kèm theo giá trị tương đối tính theo %) của mãng màu tương ứng với tên nước ghi trên cột dọc ở phía bên phải

Hình 2.3: Mô tả thứ tự các nước phát triển điện gió với số liệu ở thời điểm năm 2012

Hình 2.4: Mô tả thứ tự 15 nước phát triển điện gió nhất với số liệu ở thời điểm 2012

Từ bảng số liệu trên, rõ ràng Đan Mạch năm 2012 đã vươn lên đầu bảng các quốc gia điện gió tính trung bình trên đầu người dân Tiếp theo là các nước Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, Thuỵ Điển, Đức và Ireland cùng nằm trong TOP 5 “cường quốc” điện gió Thứ tự sắp xếp trên có tính tương đối và dễ dàng thay đổi nhanh chóng vì ở các nước trên cũng như các nước lớn khác đang mọc lên những nhà máy điện gió mới ngày càng lớn hơn Chẳng hạn, Canada, Áo và Hy Lạp đang nằm ngoài top 10 nhưng mỗi nước đang có các chính sách năng lượng gió mạnh cho những năm tới và biết đâu vài năm sắp tới có quốc gia vươn lên top 5, thậm chí thứ bậc cao nữa

2.3 PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ – KINH NGHIỆM MỘT SỐ NƯỚC 2.3.1 Đức

Là nước dẫn đầu thế giới về phát triển điện gió (2008)

Đến cuối năm 2003, tổng công suất lắp đặt điện gió của nước Đức đã đạt đến 14.600MW, chiếm hơn một nửa của toàn Châu Âu, hơn 1/3 của toàn thế giới

Năm 2010, lượng điện gió chiếm 7% tổng lượng điện toàn quốc Nước Đức đã có quy hoạch dài hạn mới về phát triển điện gió, mục tiêu là đến năm 2025 sẽ đưa tỷ lệ trên lên ít nhất 25%, đến năm 2050 là 50%

Viện Faunhofer về năng lượng gió và hệ thống kỹ thuật năng lượng (IWES), Đức vừa công bố những thành tựu to lớn trong phát triển năng lượng gió ở Đức năm 2013

Theo đó, lĩnh vực năng lượng gió ở Đức đã ghi nhận một kỷ lục mới trong phát triển

từ một thập kỷ qua, với tổng công suất thêm khoảng 2.900 MW Năm 2013 năng lượng gió đã đáp ứng được 8% nhu cầu điện của Đức, gần 1.100 tuabin gió ở các bang đã được xây dựng thêm

Thị trường điện gió Đức trong đất liền chủ yếu sử dụng các tuabin gió công suất từ 3 –

5 MW

Các khu điện gió ngoài khơi của Đức đã được xây dựng đến nay gồm Alpha Ventus, Bard Offshore và Riffgat với tổng công suất lắp đặt gần 620 MW Năm 2013, các khu điện gió mới Riffgat và Bard Offshore đã được đưa vào hoạt động 7 khu điện gió khác đang được xây dựng với tổng công suất hơn 2.000 MW Như vậy, công suất điện gió ngoài khơi ở Đức đã tăng gần gấp đôi so với năm 2012

Viện Fraunhofer IWES cũng nhấn mạnh vị trí của năng lượng gió trong tổng thể các nguồn năng lượng tái tạo và những thách thức trong việc hòa vào lưới điện chung Theo chiến lược năng lượng của chính phủ liên bang Đức, từ nay đến năm 2030, các khu điện gió của nước này sẽ đạt tổng công suất 25.000 MW, với mức đầu tư ước tính là 75 tỷ Euro

Bộ Năng lượng Mỹ đã dự báo năng lượng điện gió cung cấp 20% của tất cả điện của Mỹ vào năm 2030, trong đó có sự đóng góp 4% tổng điện của quốc gia từ năng lượng gió ngoài khơi Để đạt được mục tiêu này, tuy nhiên, sẽ đòi hỏi những tiến bộ đáng kể trong chi phí, hiệu suất và độ tin cậy

Hình 2.5: Sự tăng trưởng năng lượng gió tính bằng GW ở Mỹ từ năm 1999 – 2011 Dữ

liệu từ cơ quan Thông tin năng lượng Mỹ - United States Energy Information

Administration