Do vậy, trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng cần có các chiến lược trung và dài hạn nhằm đảm bảo an ninh năng lượng bằng cách khai thác tiết kiệm, hiệu quả và giảm thiểu sự ph
Trang 1MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết
Nhân loại đang bước vào thập niên thứ hai của thế kỷ XXI Thiếu hụt năng lượng và vấn nạn ô nhiễm môi trường đang là những mối đe dọa sự phát triển bền vững của ngôi nhà chung “trái đất” của chúng ta Ngay cả nguồn thủy điện người ta đã phải quan tâm đến những hậu quả nghiêm trọng làm mất cân bằng sinh thái Do vậy, việc khai thác và
sử dụng các nguồn năng lượng mới và tái tạo như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng mặt trời… là hướng đi quan trọng trong quy hoạch phát triển năng lượng, đảm bảo an ninh năng lượng cho mỗi quốc gia
Năng lượng là một trong những nhu cầu thiết yếu của con người và là một yếu tố đầu vào không thể thiếu được của hoạt động kinh tế Khi mức sống của người dân càng cao, trình độ sản xuất của nền kinh tế ngày càng hiện đại thì nhu cầu về năng lượng cũng ngày càng lớn, và việc thỏa mãn nhu cầu này thực sự là một thách thức đối với hầu hết mọi quốc gia Ở Việt Nam nguy cơ thiếu điện vẫn diễn ra liên tục trong các năm gần dây, là nỗi lo thường trực của ngành điện lực Việt Nam cũng như của các doanh nghiệp và người dân cả nước
Do vậy, trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng cần có các chiến lược trung
và dài hạn nhằm đảm bảo an ninh năng lượng bằng cách khai thác tiết kiệm, hiệu quả và giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu khí, thủy điện…, đồng thời mở rộng ứng dụng các nguồn năng lượng mới, đặc biệt ưu tiên phát triển năng lượng tái tạo như năng lượng gió, mặt trời, thủy triều, sinh khối…
Trang 2Việt Nam là nước có hơn 3000km bờ đường biển và nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa nên được đánh giá là một trong những quốc gia có tiềm năng lăng lượng gió khá tốt Tuy nhiên, hiện nay các dự án điện gió vẫn chưa thu hút được các nhà đầu tư trong và ngoài nước, điện gió vẫn chưa phát huy được hết tiềm năng của mình Vùng biển nước ta có diện tích rộng hơn 1 triệu km2 và có nhiều vùng biển nông, mặt khác theo nguồn số liệu về tốc độ gió trung bình năm đo được từ các trạm trong đất liền tương đối thấp từ 2-3m/s Tuy nhiên, ở khu vực ven biển có tốc độ gió cao hơn từ 3-m/s Ở khu vực các đảo, tốc độ gió trung bình có thể đạt tới 5-8 m/s Do đó, có thể nói ở vùng biển ven
bờ và các hải đảo của nước ta có tiềm năng khá tốt để phát triển điện gió Ngoài ra, các nhà máy điện gió trên đất liền chiếm dụng khá nhiều đất đai, trong khi đó không gian trên mặt biển vẫn chưa được khai thác nhiều
Do vậy, việc nghiên cứu đánh giá tiềm năng năng lượng gió trên biển đà nẵng nhằm
có thể tận dụng nguồn năng lượng này để đa dạng hóa nguồn năng lượng và góp phần
bảo vệ môi trường tại thành phố Đà Nẵng Đó chính là lý do tôi chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá khả năng ứng dụng năng lượng gió ven bờ biển Đà Nẵng nhằm đa dạng hóa nguồn năng lượng và góp phần bảo vệ môi trường”.
2 Mục tiêu của đề tài
Đánh giá tiềm năng năng lượng gió ven bờ tại thành phố Đà Nẵng, qua đó đề xuất giải pháp để khai thác nguồn năng lượng này
3 Nội dung nghiên cứu
Tính toán tốc độ gió ở các độ cao khác nhau (50m, 100m, 150m) tính toán mật độ năng lượng gió trung bình cả năm và trong hai mùa ở các độ cao khác nhau tại vùng ven bờ thành phố Đà Nẵng
Đánh giá tiềm năng năng lượng gió lý thuyết ở vùng ven bờ Đà Nẵng
Đề xuất một số giải pháp nhằm khai thác điện gió trên biển
Trang 3CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về năng lượng gió
Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển trái đất, đây là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời Năng lượng gió là một nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái tạo
Con người từ lâu đã biết sử dụng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm, khi khí cầu hoặc cối xay gió Ý tưởng dung năng lượng gió để sản xuất điện hình thành sau khi ra đời các phát minh về điện và máy phát điện Từ sau cuộc khủng hoảng dầu lửa vào những năm 1970, việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác nhau được đẩy mạnh trên toàn thế giới, kể cả việc phát triển các tuabin gió hiện đại
Nguyên lý phát điện từ năng lượng gió như sau: tuabin gió biến động năng của gió thành động năng của tuabin, chuyển động quay của tuabin dẫn đến chuyển động quay của máy phát điện và tạo ra điện Để truyền điện đi xa hơn, người ta dung máy biến thế để tăng hiệu điện thế, điện năng được truyền tải đi đến nơi sử dụng qua đường dây tải điện 1.2 Hiện trạng phát triển điện gió trên thế giới
1.2.1 Hiện trạng phát triển điện gió
Từ sau cuộc khủng hoảng dầu lửa trong thập niên 70 của thế kỷ 20, việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác, nhất là từ gió được đẩy mạnh trên toàn thế giới Điện gió cũng là một trong những công nghệ phát điện bằng năng lượng tái tạo với giá thành tương đối thấp và có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất thế giới hiện nay Theo báo
cáo năng lượng gió thế giới năm 2012 của Hiệp hội năng lượng gió thế giới (World Wind Energy Association –WWEA) cho biết:
Trang 4Trong năm 2012, trên toàn thế giới mới lắp đặt thêm được 44.609 MW điện gió, nâng tổng công suất lắm đặt của điện gió đạt 282.275 MW, đóng góp khoảng 580 TWh điện mỗi năm, đáp ứng 3% nhu cầu tiêu thụ điện trên toàn thế giới, doanh thu từ điện gió ước tính là 75 tỷ USD
Tốc độ tăng trưởng của điện gió trong năm 2012 trên toàn thế giớ là 19,3%, đây là mức tăng thấp nhất trong 10 năm trở lại đây Trong đó Châu Á là khu vực dẫn đầu về công suất điện gió mới được lắp đặt (chiếm 36,3% toàn thế giới), tiếp theo là Bắc Mỹ (31,3%) và Châu Âu (27,5%), còn lại là các khu vực khác Hiện nay trên thế giới có 100 nước đang sử dụng điện gió Trong đó, 10 nước đứng đầu về công suất điện gió là: Trung Quốc, Mỹ, Đức, Tây Ban Nha, Ấn độ, Anh, Ytaly, Pháp, Canada, Bồ Đào Nha Chỉ riêng
10 nước này đã chiếm 86% công suất điện gió trên toàn thế giớ Việt Nam là nước có công suất điện gió đứng thứ 59/100 theo xếp loại của WWEA, thể hiện trong bảng sau:
Trang 51.2.2 Hiện trạng phát triển điện gió ở ngoài khơi
Điện gió ngoài khơi ở đây đươc hiểu là điện gió được xây dựng trên mặt nước, bao gồm cả trên biển và các hồ trong lục địa
Từ một tuabin gió đầu tiên được xây dựng ngoài khơi ở Thụy Điển vào năm 1990 với công suất 300 kW, qua 15 năm phát triển rất chậm, đến năm 2005 các công trình điện gió ngoài khơi đã tăng mạnh Năm 2006 đã có 18 dự án điện gió ngoài khơi được xây dựng trên toàn thế giới với tổng công suất 804 MW Đến cuối năm 2012, theo báo cáo năng lượng gió của WWEA, toàn thế giới có 5.426 MW điện gió ngoài khơi chiếm tỷ lệ 4,3% trong tổng công suất điện giớ Trong đó có 1.903 KW mới được lắp đặt Hiện nay
Trang 6có 13 nước trên thế giới có điện gió ngoài khơi, đứng đầu là 5 nước: Anh, Đan Mạch, Trung Quốc, Bỉ, Đức
1.3 Hiện trạng phát triển điện gió ở Việt Nam
Theo thống kê đến tháng 9 năm 2012, tổng cộng có 77 dự án điện gió quy mô công nghiệp đã được đăng ký tại 18 tỉnh thành với tổng công suất đăng ký là 7.234 MW Khu vực tập trung chủ yếu là ở các tỉnh miền Nam Trung Bộ và Nam Bộ với tổng công suất đăng ký gần 5.000 MW, quy mô công suất của mỗi dự án từ 6 MW đến 250 MW Nhình chung, các dự án và các nhà đầu tư điện gió tập trung nhiều nhất trên địa bàn hai
Trang 7tỉnh Bình Thuận và Ninh Thuận, đâu cũng là 2 tỉnh được đánh giá có tiềm năng gió dồi dào nhất Việt Nam
Nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với bờ biển kéo dài Việt Nam được đánh giá
là quốc gia có tiềm năng năng lượng gió khá lớn Tuy nhiên giống như nhiều quốc gia đang phát triển khác, tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam vẫn chưa được lượng hóa ở mức độ thích hơp Cho đến nay, nguồn số liệu về gió được thu thập từ 150 trạm khí tượng thủy văn Dữ liệu gió do các trạm khí tượng thủy văn cung cấp, mặc dù có tính dài hạn nhưng vẫn chưa đang tin cậy để đánh giá tiềm năng năng lượng gió trên diện rộng vì các trạm khí tượng thủy văn này thường được đạt trong thành phố và thị trấn, việc đo gió được tiến hành ở độ cao 10m và dữ liệu chỉ được đọc 4 lần/ngày
1.4 Tổng quan về khu vực nghiên cứu
1.4.1 Đặc điểm chung
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là năng lượng gió ở vùng biển ven bờ thành phố Đà Nẵng với diện tích tự nhiên : 1.256,54 km2
Chiều dài bờ biển: 92km
Khí hậu: Đà Nẵng nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có 2 mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 8 đến tháng 12, mùa khô từ tháng 1 đến tháng 7 Nhiệt độ trung bình hàng năm trên 250C
Lượng mưa trung bình hàng năm 1870,9 mm Độ ẩm trung bình hàng năm 82% Đặc biệt Đà Nẵng có rừng Bà Nà ở độ cao gần 1.500m, nhiệt độ trung bình khoảng 200 C
Địa hình TP Đà Nẵng đa dạng, có cả đồng bằng, trung du, miền núi; chiếm phần lớn diện tích là đồi núi và ở độ cao 700 - 1.500m; độ dốc lớn (74%); là nơi tập trung nhiều rừng đầu nguồn và phần lớn nằm bên cạnh bờ biển
Các đơn vị hành chính: TP Đà Nẵng có 6 quận: Hải Châu, Thanh Khê, Liên Chiểu, Sơn Trà, Ngũ Hành Sơn, Cẩm Lệ và 2 huyện: Hòa Vang và huyện đảo Hoàng Sa
1.4.2 Hướng gió ở Đà Nẵng
Hướng gió tại Đà Nẵng tương đối phân tán, bị chi phối bởi điều kiện hoàn lưu và địa hinh
Trang 8Về mùa đông (từ tháng 9 đến tháng 2 năm sau) gió thịnh hành hướng Bắc và Tây Bắc, mùa hè (từ tháng 4 đến tháng 8) gió thịnh hành theo hướng Tây-Tây Nam
Tổng hợp tần suất gió nhiều năm cho thấy: thời gian lặng gió trong năm lớn đạt 46,23%, hướng gió thịnh hành nhất là hướng Đông (E) chiếm 14,36 %, sau đó là hướng Bắc (N) chiếm 13,1% và Tây Bắc (NW) 7,36%
Tốc độ gió trung bình trong năm khoảng 1,5m/s Trong một số trường hợp có bão, tốc độ gió tới 40 m/s Bão thường kèm theo mưa to kéo dài gây ngập lụt
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là năng lượng gió (tốc độ gió mà mật độ năng lượng)
Trang 9Phạm vi nghiên cứu:
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là vùng biển ven bờ thành phố Đà nẵng, cách đường bờ biển khoảng 50 km
2.2 Phương pháp nghiên cứu
Một số phương pháp dung để tính toán tiềm năng lý thuyết năng lượng gió được
sử dụng trong đề tài này là:
Phương pháp tính toán tốc độ gió ở các độ cao khác nhau: (CT1)
Trong đó Vz: Vận tốc gió ở độ cao Z ; V1: Vận tốc gió ở độ cao đo gió mặt đất (Z1=10m) ; Zz: Chiều cao Z; Z1: 10m; Z0: Độ gồ ghề mặt đệm;
Phương pháp hồi cứu số liệu:
Số liệu gió quan trắc trên các trạm khí tượng bề mặt, phục vụ chủ yếu việc dự báo thời tiết và các nghiên cứu khí hậu, nên thường chưa đáp ứng được yêu cầu tính toán đặc trưng khí hậu gió phục vụ mục tiêu khai thác năng lượng gió do khoảng cách đo khá lớn (3-6h), thiết bị đo thay đổi và thường là độ chính xác chưa cao, độ cao đặt máy đo thấp (10m) Tuy nhiên, đây là các bộ số liệu đủ dài để phản ánh những biến động vốn có của chế độ gió mà không bộ số liệu khảo sát nào có được Do vậy đề tài này sử dụng số liệu
từ đài khí tưởng thủy văn khu vực trung trung bộ để hồi cứu số liệu tốc độ gió ở Đà Nẵng
Bảng 3: Tốc độ gió thực và tốc độ gió tách lặng trung bình theo mùa, năm tại
các trạm khí tượng thủy văn Đà Nẵng độ cao 10m
TT Tên trạm
Vận tốc gió thực Vận tốc gió tách lặng
Mùa hè Mùa
Mùa
Trang 102 Đà Nẵng 1,2 1,7 1,5 2,0 2,4 2,2
Xác định độ gồ ghề:
Đề tính toán tốc độ gió ở các độ cao khác nhau, chúng ta cần xác định độ gồ ghề của khu vực đặt trạm đo gió Để ước lượng độ gồ ghề, đề tài sử dụng cách phân loại địa hình và thu được kết quả ở trạm Đà Nẵng thuộc loại nhóm địa hình E (thành phố nhiều nhà cao tầng, suy ra được Z0 = 0,37 m)
Phương pháp xây dựng sơ đồ phân bố tiềm năng năng lượng gió:
Đề tài sử dụng phần mềm Mapinfo Professional, phiên bản 10.5 để xây dựng các
sơ đồ phân bố tốc độ gió và mật độ năng lượng gió trong khu vực nghiên cứu
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1 Kết quả tính toán tốc độ gió tại các độ cao khác nhau
Nhằm so sánh sự thay đổi của tốc độ gió ở các độ cao khác nhau, ngoài độ cao 10m (gió tầng thấp) trong đề tài này đã lựa chọn các độ cao khác là 50m, 100m và 150 m
để tính toán sự phân bố tốc độ gió theo độ cao Độ tăng tương đối của tốc độ gió theo độ cao không những phụ thuộc vào tình trạng địa lý của khu vực mà còn của chính địa điểm nghiên cứu Ngoài nhân tố tên Độ tăng tương đối của tốc độ gió còn phụ thuộc vào
Trang 11cường độ gió tại thời điểm đó Việc tính toán tốc độ gió tại các độ cao khác nhau được áp dụng theo công thức CT1 ở chương 2 Ta được kết quả sau:
Bảng 4: Kết quả tính toán tốc độ gió ở các độ cao 50m, 100m và 150m
TT
Tên trạm Tại độ cao 50m Tại độ cao 100m Tại độ cao 150m
Mùa
hè đôngMùa Năm Mùa hè đôngMùa Năm Mùa hè đôngMùa Năm
Tốc độ gió tăng theo độ cao và mức độ tăng được thể hiện ở bảng trên Theo bảng này tốc độ gió tăng theo độ cao từ 10m đến 50m thể hiện rõ rệt với tốc độ tăng từ 1,1-2,1m/s, từ độ cao 50m đến 100m tốc độ tăng từ 0,5-0,9 m/s, từ độ cao 100 đến 150m tốc
độ tăng từ 0,3-0,5m/s Có thể nói ở độ cao 100m được xem là phù hợp để lắp đặt các tua bin gió bởi vì càng lên cao tốc độ gió càng tăng nhưng từ 100m trở lên đến 150 tốc độ gió lại tăng nhẹ nên so với chi phí tốn kém để nâng độ cao của tuabin thì việc đầu từ khai thác năng lượng gió ở độ cao 150m là chưa hiệu quả đối với tình hình tài chính Việt Nam, mặt khác, các tuabin gió công suất lớn hiện nay đều thiết kế với tháp cao từ 80-120m
Bảng 5: Tốc độ gió trung bình năm thay đổi theo độ cao STT Tên trạm V 50m -V 10m V 100m -V 50m V 150m -V 100m
3.2 Đánh giá tiềm năng năng lượng gió
Trang 12Để đánh giá tiềm năng năng lượng gió nhằm phục vụ cho việc khai thác điện gió ở một khu vực nào đó, trước hết phả iddanhs giá được tiềm năng năng lượng gió lý thuyết trong khu vực đó Tiếp đó phải đánh giá được dải tốc độ gió tối ưu phù hợp với từng loại động cơ gió (tuabin gió), xác định được những vị trí có khả năng khai thác đảm bảo thu được sản lượng điện tối ưu Ngoài ra, để đảm bảo khả năng khai thác năng lượng gió, cần tính đến các điều kiện địa lý, địa hình, các điều kiện tự nhiên, xã hội có liên quan đến việc lắp đạt các tuabin gió cũng như khả năng hòa vào lưới điện quốc gia Bởi vậy khả năng khai thác năng lượng gió (tiềm năng kỹ thuật) phụ thuộc vào hai yếu tố: tiền năng năng lượng gió lý thuyết của địa điểm và khả năng khai thác của thiết bị Trong khuôn khổ thực hiện đề tài này chỉ tập trung nghiên cứu đánh giá tiềm năng lý thuyết của năng lượng gió tại vùng biển ven bờ Đà Nẵng
Từ độ lớn và sự phân bố của tốc độ gió có thể đánh giá được tiềm năng năng lượng gió và sự phân bố của nó trong khu vực nghiên cứu Trong hai nhân tố quyết định giá trị của năng lượng là tốc độ gió trung bình và hệ số mẫu năng lượng thì tốc độ gió trung bình vẫn giữ vai trò chủ yếu Do đó, sự phân bố tiềm năng năng lượng gió ở vùng biển ven bờ và hải đảo về cơ bản tương tự với sự phân bố của tốc độ gió trung bình Đề tài này đã lựa chọn tốc độ gió độ cao 10m (tầng cơ bản) và độ cao 100m (tầng lắp đặt tuabin gió)
Theo kết quả tính toán tốc độ gió trung bình năm ở tang cơ bản (10m) của thành phố Đà Nẵng chỉ đạt 1,5 m/s là khá nhỏ Tuy nhiên ở độ cao 100m tại Huế - Đà Nẵng – Tam Kỳ từ 3,8-5,8 m/s Tuy nhiên đây là kết quả tính toán dựa trên các số liệu từ đất liền, bởi các trạm khi tượng này đều nằm trong đất liền, địa hình bị che chắn nên nếu so với khu vực ngoài khơi mặt nước không có các vật cản thì tốc độ gió trên biển sẽ lớn hơn so với trên đất liền Ví dụ dự án điện gió Bạc Liệu theo số liệu đo đạc và quan trắc từ vệ tinh cho thấy tốc độ gió đạt tới 8,19 m/s ở độ cao 100m tại khu vực dự án, trong khi đó nếu tính theo lý thuyết dựa vào số liệu của trạm Bạc Liêu thì chỉ đạt 5,1 m/s Như vậy so với trong đất liền, tốc độ gió ngoài biển cũng tăng lên rất nhiều
Dựa vào kết quả nghiên cứu trong khu vực cho thấy tốc độ gió ở vùng ven bờ Đà Nẵng có sự phân hóa khá rõ rệt theo mùa, ưu thế thuộc hẳn về một mùa đào đó trong
