Đánh giá khả năng sử dụng năng lượng gió để phát điện so với nhiệt điện chạy than của các tỉnh miền trung

Ngày nay công nghệ điện gió phát triển mạnh và có sự cạnh tranh lớn, với tốc độ phát triển như hiện nay thì không bao lâu nữa năng lượng điện sẽ chiếm phần lớn trong thị trường năng lượn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

PHAN PHÚC ÁNH

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ ĐỂ PHÁT ĐIỆN SO VỚI NHIỆT ĐIỆN CHẠY THAN CỦA CÁC TỈNH MIỀN TRUNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện – Hệ thống Điện

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

Hà Nội - năm 2013

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan:

Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và pháp luật Việt Nam Nếu sai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật

Tác giả luận văn

Phan Phúc Ánh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1

1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.1.2 Ý nghĩa khoa học 2

1.1.3 Đối tượng nghiên cứu 2

1.1.4 Phạm vi nghiên cứu 2

1.1.5 Tính thực tiễn 2

1.2 Mục đích của đề tài 2

1.3 Phương pháp nghiên cứu 4

1.4 Nội dung nghiên cứu 4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 5

2.1 Khái quát về năng lượng gió 5

2.1.1 Khái niệm năng lượng gió 5

2.1.2 Sự hình thành năng lượng gió 5

2.1.3 Vật lý học về năng lượng gió 5

Năng lượng gió là động năng của không khí chuyển động với vận tốc v Khối lượng đi qua một mặt phẳng hình tròn vuông góc với chiều gió trong thời gian t là: 5

2.1.4 Sử dụng năng lượng gió 6

2.2 Kết cấu tua bin gió 8

2.2.1 Mô hình tham khảo của một hệ thống máy phát sức gió 8

2.2.2 Khái niệm động lực học của các tua bin gió 9

2.2.3 Nguyên lý làm việc của một tua bin gió 16

2 2.4 Những căn cứ lựa chọn tua bin gió của nhà máy 17

2.2 Hiện trạng các nhà máy điện gió trên Thế giới 21

2.2.1 Tình hình phát triển chung 21

2.2.2 Hiện trạng sử dụng năng lượng gió tại Châu Âu 24

2.2.3 Hiện trạng sử dụng năng lượng gió tại Châu Á 26

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG GIÓ CỦA CÁC TỈNH MIỀN TRUNG VIỆT NAM 29

3.1 Sơ bộ về đặc điểm tự nhiên khu vực 29

3.1.1 Vị trí địa lý 29

3.1.2 Đặc điểm khí hậu thời tiết 30

3.1.3 Đánh giá các vùng gió tiềm năng 30

3.2 Hiện trạng nguồn và lưới điện khu vực 34

3.2.1 Cơ cấu phụ tải của HTĐ miền Trung 34

3.2.2 Hiện trạng nguồn của HTĐ miền Trung 35

3.2.3 Hiện trạng lưới của HTĐ miền Trung 37

3.2.4 Cơ cấu tiêu thụ điện miền Trung giai đoạn 2005-2025 39

CHƯƠNG 4: SO SÁNH VỀ MẶT KINH TẾ, KỸ THUẬT VÀ XÃ HỘI GIỮA CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VỚI NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ 41

Ở KHU VỰC MIỀN TRUNG VIỆT NAM 41

4.1 Phân tích các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và xã hội của nhà máy điện gió 41 4.1.1 Chỉ tiêu kinh tế 41

4.1.2 Chỉ tiêu kỹ thuật 50

4.1.3 Chỉ tiêu xã hội 51

4.2 Phân tích các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và xã hội của nhà máy nhiệt điện chạy than 54

4.2.1 Chỉ tiêu kinh tế 54

4.2.2 Chỉ tiêu kỹ thuật 56

4.2.3 Chỉ tiêu xã hội 604.3 Ứng dụng phần mềm phân tích dự án năng lượng sạch RETSCREEN phân tích các chỉ tiêu kinh tế tài chính, kỹ thuật của nhà máy điện gió để so sánh với nhà máy nhiệt điện 664.3.1 Giới thiệu chung về phần mềm RETScreen 664.3.2 Quy trình 5 bước của RETScreen 744.3.3 Sử dụng phần mềm RETScreen để đánh giá điện gió ở Cam Ranh - Khánh Hòa 794.4 Phân tích độ nhạy và rủi ro 1014.4.1 Phân tích độ nhạy 1014.5 So sánh về mặt kinh tế, kỹ thuật và xã hội 2 dự án điện gió và nhiệt điện với công suất 30MW 105TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Một số thông khí thải của nhà máy Nhiệt điện 3

Bảng 2.1: Đặc tính kỹ thuật tua bin loại công suất 1.500 kW 20

Bảng 2.2 Sự phân bổ công suất điện gió trên các lục địa 22

Bảng 3.8 Thông số đánh giá tiềm năng năng lượng gió 32

Bảng 3.9 Vị trí tiềm năng tốt để phát triển điện gió quy mô công nghiệp tại duyên hải miền Trung Việt Nam 33

Bảng 3.1: Cơ cấu phụ tải của HTĐ miền Trung 34

Bảng 3.2: Tình hình phụ tải HTĐ miền Trung (tháng 9/2007) 34

Bảng 3.3: Hệ số phụ tải HTĐ miền Trung năm 2006 35

Bảng 3.4: Thông số các nhà máy thuộc EVN 36

Bảng 3.5: Thông số các nhà máy ngoài ngành 36

Bảng 3.6: Cơ cấu nguồn của HTĐ miền Trung hiện tại 37

Bảng 3.7 Bảng cơ cấu tiêu thụ điện miền Trung giai đoạn 2005 –2025 39

Bảng 4.1 Số liệu tốc độ gió trung bình từng tháng, cả năm của dự án 42

Bảng 4.2 Bảng kết quả tính toán sản lượng điện của dự án (20 tua bin) 43

Bảng 4.3 Tổng hợp mức đầu tư của nhà máy điện gió 30MW 44

Bảng 4.4 Hệ số phát thải trung bình biên vận hành 47

Bảng 4.5 Hệ số phát thải trung bình biên xây dựng 48

Bảng 4.6 Bảng các chỉ tiêu kinh tế chính của dự án điện gió 49

Bảng 4.7 Biên chế lao động của dự án 50

Bảng 4.8 Bảng mô tả mức độ dB(A) theo lý thuyết với các nguồn âm thanh điểm 53

Bảng 4.9 Bảng dự trù nhu cầu ngoại tệ và nội tệ cho dự án Error! Bookmark not defined. Bảng 4.10 Bảng tổng hợp mức đầu tư của dự án 55

Bảng 4.11 Bảng các chỉ tiêu kinh tế chính của dự án nhiệt điện 56

Bảng 4.12 Biên chế lao động của dự án 59

\Bảng 4.14 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ bản của 2 dự án điện gió và nhiệt điện 30MW 105

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ

Hình 2-1: Hệ thống biến đổi năng lượng gió 8

Hình 2-2: Gió mặt và gió lưng 10

Hình 2-3: Cánh của tua bin gió 11

Hình 2-4: Hệ số công suất của tua bin gió theo Vwo/Vw 13

Hình 2-5: Hệ số công suất tối ưu của tua bin gió 14

Hình 2-6: Công suất của tua bin gió theo tốc độ roto ở các tốc độ gió khác nhau 16

Hình 2-7: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của một tuabin gió 16

Hình 2-8: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của nhiều tuabin gió 17

Hình 2-9 Một số hình ảnh tiêu biểu của tua bin gió 21

Hình 2-10 Tăng trưởng sản lượng điện gió thế giới năm 1999-2004 23

Hình 2-11 Nhóm 10 nước dẫn đầu về công suất điện gió năm 2004 23

Hình 2-12 Xây dựng các trạm điện gió tại khu vực tự trị Nội Mông 27

Hình 2-13 Trạm điện gió tại Philippines 27

Hình 3-1 Đồ thị phụ tải của HTĐ miền Trung điển hình trong 2 mùa 35

Hình 1: Phần khai báo thông tin dự án 82

Hình 2: Dữ liệu gió 82

Hình 3: Đánh giá tài nguyên gió 83

Hình 4: Chọn turbin gió từ cơ sở dữ liệu của phần mềm 84

Hình 5: Số liệu về turbin được lựa chọn 84

Hình 6: Dữ liệu đường con nguồn điện và năng lượng turbin 85

Hình 8: Thôn tin về thất thoát và tính sẵn sàng của turbin 86

Hình 9: Dữ liệu mỗi turbin 87

Hình 10: Hệ số công suất và sản lượng của mô hình 87

Hình 11: Mô hình hệ thống năng lượng 88

Hình 12: Chi phí đầu tư ban đầu 89

Hình 13: Chi phí hàng năng và định kỳ 89

Hình 14: Phát thải nhà kính trường hợp sản xuất điện bằng Than 90

Hình 15: Phát thải nhà kính dự án năng lượng gió 90

Hình 16: Các tham số tài chính 91

Hình 17: Thu nhập hàng năm của dự án 91

Hình 18: Phân tích tài chính của dự án khi không có hỗ trợ 92

Hình 19: Phân tích tài chính của dự án khi không có hỗ trợ 93

Hình 20: Phân tích tài chính của dự án khi có hỗ trợ phát thải CO2 94

Hình 21: Giá điện được trợ cấp ở mức giá 100USD/MWh 95

Hình 22: Phân tích tài chính khi có hỗ trợ phát thải CO2 và trợ cấp giá 95

Hình 23: Phân tích tài chính có hỗ trợ phát thải CO2, trợ cấp giá thêm ưu đãi lãi suất tiền vay 96

Hình 24: Phân tích tài chính có hỗ trợ phát thải CO2, trợ cấp giá, ưu đãi lãi suất tiền vay thêm khuyến khích và trợ cấp 97

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay cùng với sự phát triển công nghiệp và sự hiện đại hoá thì nhu cầu năng lượng cũng rất cần thiết cho sự phát triển của đất nước Vấn đề đặt ra là phát triển nguồn năng lượng sao cho phù hợp mà không ảnh hưởng tới môi trường và cảnh quang thiên nhiên Trong khi đó, các nguồn năng lượng như than đá, dầu mỏ, khí đốt ngày càng cạn kiệt và gây ô nhiễm môi trường và là nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính Để giảm những vấn đề trên ta phải tìm nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sạch để thay thế hiệu quả, giảm nhẹ tác động của năng lượng đến tình hình kinh tế an ninh chính trị quốc gia Nhận thấy được tầm quan trọng của vấn đề

về năng lượng để phát triển Việt Nam có các quan điểm về chính sách sử dụng năng lượng hiệu quả nguồn năng lượng tái sinh trong đó có năng lượng gió Năng lượng gió là nguồn năng lượng tự nhiên dồi dào và phong phú, được ưu tiên được đầu tư và phát triển ở Việt Nam Nhiều dự án công trình đã được khởi công và xây dựng với quy mô vừa và nhỏ tiêu biểu là điện gió ở bán đảo Bạch Long Vĩ có công suất khoản 800Kw và công trình phong điện Phương Mai III ở tỉnh Bình Định đang được xây dựng Năng lượng điện gió là nguồn năng lượng sạch và có tìm năng rất lớn Nhà máy điện gió đầu tiên được xây dựng đầu tiên ở vùng nông thôn Mỹ vào năm 1890 Ngày nay công nghệ điện gió phát triển mạnh và có sự cạnh tranh lớn, với tốc độ phát triển như hiện nay thì không bao lâu nữa năng lượng điện sẽ chiếm phần lớn trong thị trường năng lượng của Việt Nam nói chung và các tỉnh miền Trung nói riêng có nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng, nguồn năng lượng truyền thống dần dần không đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng năng lượng của vùng Do

vậy tôi chọn đề tài “ Đánh giá khả năng sử dụng năng lượng gió để phát điện so với nhiệt điện chạy than của các tỉnh miền Trung” với mục đích góp phần vào

chiến lược phát triển năng lượng chung của các tỉnh miền Trung và cả nước Ngoài

ra đề tài còn chỉ ra được tính ưu việt của nhà máy điện gió so với nhà máy nhiệt điện chạy than cùng công suất về các mặt kinh tế, kỹ thuật và xã hội tại một số vị trí

tiềm năng của miền Trung nhằm đa dạng hoá các nguồn cung cấp và mang khả thi cho phương án xây dựng nguồn năng lượng mới này

1.1.2 Ý nghĩa khoa học

phát triển bền vững các nguồn cung cấp năng lượng tái tạo, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng, đảm bảo sự phát triển bền vững của các tỉnh miền trung và cả nước

1.1.3 Đối tượng nghiên cứu

- Các nhà máy nhiệt điện chạy bằng than đá

- Các nhà máy điện sử dụng năng lượng gió

- Hiện nay, để sản xuất 1 MWh điện, nhà máy nhiệt điện sẽ thải vào không

Bảng 1.1 Một số thông khí thải của nhà máy Nhiệt điện

- Chúng ta đều biết, gió là nguồn năng lượng sạch vô tận Nếu chi phí môi trường, xã hội và sức khoẻ con người được phản ánh trong tính kinh tế của phát điện, điện gió có thể cạnh tranh so với điện từ nhiên liệu hoá thạch Không giống như các nhà máy điện thông thường, điện gió không phát thải khí nhà kính (loại khí làm cho thay đổi khí hậu) và không phát thải các loại khí khác Điện gió thuộc cơ chế phát triển sạch (CDM: Clean Development Mechanism) góp phần đáp ứng các cam kết nghị định thư Kyoto của Việt Nam trong tương lai

- Giá thành điện gió ổn định và không chịu ảnh hưởng bởi tính bất ổn của nhiên liệu hoá thạch Điện gió giúp tạo ra công ăn việc làm cho các địa phương có nhà máy điện gió Vì gió là nguồn vô tận, nên điện gió góp phần an ninh năng lượng khác xa với nhiên liệu hoá thạch là loại nhiên liệu không tái sinh được

- Công nghệ sử dụng năng lượng gió để phát điện đã phát triển đến mức hoàn thiện, chi phí đầu tư và quản lý vận hành có cao hơn năng lượng hoá thạch, nhưng năng lượng gió là một trong những nguồn năng lượng sạch nên được ưu tiên phát triển tại nhiều nước trên thế giới Song song với việc phát triển nguồn, yêu cầu phát triển bền vững, giảm thiểu những tác nhân gây ảnh hưởng lớn đến môi trường sinh thái cũng đã thực sự được quan tâm Vì vậy, việc nghiên cứu khai thác sử dụng nguồn năng lượng gió để phát điện là một giải pháp quan trọng trong chiến lược phát triển đảm bảo an ninh năng lượng ở Việt Nam

- Vì vậy “Đầu tư xây dựng 1 nhà máy điện gió tại vùng nhiều tiềm năng như miền Trung Việt Nam” là hết sức cần thiết, phù hợp với chính sách phát triển năng lượng ở nước ta và là xu thế của thời đại Đây sẽ là bước khởi đầu quan trọng trong

việc sử dụng và phát triển nguồn năng lượng gió tại Việt Nam, tăng nguồn phát điện tại chỗ, góp phần cải thiện điện áp và tăng thêm độ an toàn cung cấp điện cho địa phương nơi đặt nhà máy

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết những vấn đề của đề tài đặt ra, tác giả sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:

- Tổng hợp đánh giá về các nguồn năng lượng gió, hiện trạng về ứng dụng các nguồn năng lượng gió trên thế giới và ở Việt Nam

- Phân tích tiềm năng năng lượng gió ở một số địa điểm tại Miền Trung Việt Nam để đưa ra biện pháp sử dụng một cách hợp lý và hiệu quả nhất

- Phân tích các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, xã hội của nhà máy điện gió và nhà máy nhiệt điện chạy than trong 25 năm vận hành

- Tổng hợp so sánh đánh giá giữa hai nhà máy và rút ra kết luận

1.4 Nội dung nghiên cứu

Chương 1: Mở đầu

Chương 2: Tổng quan về năng lượng gió

Chương 3: Đánh giá tiềm năng gió của các tỉnh miền Trung Việt Nam

Chương 4: So sánh về mặt kỹ thuật, kinh tế và xã hội giữa các nhà máy nhiệt điện chạy bằng than đá với các nhà máy điện gió ở khu vực miền Trung Việt Nam Trong quá trình thực hiện luận văn, mặc dù được sự chỉ bảo tận tình giúp đỡ của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Lân Tráng và các thầy giáo trong khoa Điện…bản thân đã rất cố gắng, tuy nhiên do hạn hẹp về thời gian, cũng như kiến thức còn hạn chế, luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô giáo và các đọc giả để luận văn này được hoàn thiện hơn nữa

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 2.1 Khái quát về năng lượng gió

2.1.1 Khái niệm năng lượng gió

Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời 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

2.1.2 Sự hình thành năng lượng gió

Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau Một nửa bề mặt của 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 có sự khác nhau

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

Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thắng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc 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 một vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ Trên Nam bán cầu thì chiều hướng ngược lại

Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa hình tại từng địa phương Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất nóng lên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từ biển hay hồ vào đất liền Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước và hiệu ứng này xảy ra theo chiều ngược lại

2.1.3 Vật lý học về năng lượng gió

Năng lượng gió là động năng của không khí chuyển động với vận tốc v Khối

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

với ρ là tỷ trọng của không khí, V là thể tích khối lương không khí đi qua mặt cắt ngang hình tròn diện tích A, bán kinh r trong thời gian t

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, thí dụ như thông qua một tuốc bin gió để phát điện, nhỏ hơn rất nhiều so với năng lượng của luồng gió vì vận tốc của gió ở phía sau một tuốc bin 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 (xem 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 tuốc bin 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 tuốc bin gió là điều không thể được Trường hợp này đồng nghĩa với việc là lượng không khí phía sau một tuốc bin gió phải đứng yên

2.1.4 Sử dụng năng lượng gió

Vì gió không thổi đều đặn nên năng lượng điện phát sinh từ các tuốc bin gió chỉ

có thể được sử dụng kết hợp chung với các nguồn năng lượng khác để cung cấp

năng lượng liên tục Tại châu Âu, các tuốc bin gió được nối mạng toàn châu Âu, nhờ vào đó mà việc sản xuất điện có thể được điều hòa một phần Một khả năng khác là sử dụng các nhà máy phát điện có bơm trữ để bơm nước vào các bồn chứa ở trên cao và dùng nước để vận hành tuốc bin khi không đủ gió Xây dựng các nhà máy điện có bơm trữ này là một tác động lớn vào thiên nhiên vì phải xây chúng trên các đỉnh núi cao

Mặt khác vì có ánh sáng Mặt Trời nên gió thổi vào ban ngày thường mạnh hơn vào đêm và vì vậy mà thích ứng một cách tự nhiên với nhu cầu năng lượng nhiều hơn vào ban ngày Công suất dự trữ phụ thuộc vào độ chính xác của dự báo gió, khả năng điều chỉnh của mạng lưới và nhu cầu dùng điện

Người ta còn có một công nghệ khác để tích trữ năng lượng gió Cánh quạt gió

sẽ được truyền động trực tiếp để quay máy nén khí Động năng của gió được tích lũy vào hệ thống nhiều bình khí nén Hệ thống hàng loạt bình khí nén này sẽ được luân phiên tuần tự phun vào các tuabin để quay máy phát điện Như vậy năng lượng gió được lưu trữ và sử dụng ổn định hơn (dù gió mạnh hay gió yếu thì khí vẫn luôn được nén vào bình, và người ta sẽ dễ dàng điểu khiển cường độ và lưu lượng khí nén từ bình phun ra), hệ thống các bình khí nén sẽ được nạp khí và xả khí luân phiên để đảm bảo sự liên tục cung cấp năng lượng quay máy phát điện (khi 1 bình đang xả khí quay máy phát điện thì các bình khác sẽ đang được cánh quạt gió nạp khí nén vào)

Nếu cộng tất cả các chi phí bên ngoài (kể cả các tác hại đến môi trường thí dụ như vì thải các chất độc hại) thì năng lượng gió bên cạnh sức nước là một trong những nguồn năng lượng rẻ tiền nhất

Phát triển năng lượng gió được tài trợ tại nhiều nước không phụ thuộc vào đường lối chính trị, thí dụ như thông qua việc hoàn trả thuế (tại Hoa Kỳ), các mô hình hạn ngạch hay đấu thầu (thí dụ như tại Anh, Ý) hay thông qua các hệ thống giá tối thiểu (thí dụ như Đức, Tây Ban Nha, Áo, Pháp, Bồ Đào Nha, Hy lạp) Hệ thống giá tối thiểu ngày càng phổ biến và đã đạt được một giá điện bình quân thấp hơn trước, khi công suất các nhà máy lắp đặt cao hơn

Trên nhiều thị trường điện, năng lượng gió phải cạnh tranh với các nhà máy điện mà một phần đáng kể đã được khấu hao toàn bộ từ lâu, bên cạnh đó công nghệ

này còn tương đối mới Vì thế mà tại Đức có đền bù giá giảm dần theo thời gian từ những nhà cung cấp năng lượng thông thường dưới hình thức Luật năng lượng tái sinh, tạo điều kiện cho ngành công nghiệp trẻ này phát triển Bộ luật này quy định giá tối thiểu mà các doanh nghiệp vận hành lưới điện phải trả cho các nhà máy sản xuất điện từ năng lượng tái sinh Mức giá được ấn định giảm dần theo thời gian Ngược với việc trợ giá (thí dụ như cho than đá Đức) việc khuyến khích này không xuất phát từ tiền thuế, các doanh nghiệp vận hành lưới điện có trách nhiệm phải mua với một giá cao hơn

Bên cạnh việc phá hoại phong cảnh tự nhiên những người chống năng lượng gió cũng đưa ra thêm các lý do khác như thiếu khả năng trữ năng lượng và chi phí cao hơn trong việc mở rộng mạng lưới tải điện cũng như cho năng lượng điều chỉnh

2.2 Kết cấu tua bin gió

2.2.1 Mô hình tham khảo của một hệ thống máy phát sức gió

Hình 2-1: Hệ thống biến đổi năng lượng gió

Hệ thống gồm các thành phần cơ bản sau đây:

 Cánh gió: Các tua bin gió hiện đại thường có hai hoặc ba cánh gió  Pitch: Thiết bị được lật hoặc xoay để điều chỉnh tốc độ của roto

 Thiết bị Yaw: thiết bị yaw có 2 chức năng Khi tốc độ gió nhỏ hơn tốc độ giới hạn theo thiết kế, nó giữ cho roto đối diện với nguồn gió khi hướng gió thay đổi Nhưng khi tốc độ gió vượt qua giới hạn theo thiết kế, đặc biệt là khi có gió bão,

nó dịch roto ra khỏi hướng gió

 Chong chóng gió (vane): phát hiện hướng gió và kết hợp với thiết bị Yaw để giữ cho tua bin phản ứng phù hợp với tốc độ gió cụ thể

 Bộ đo tốc độ gió (anemometer): đo tốc độ gió rồi chuyển dữ liệu đến bộ điều khiển

 Phanh hãm (brake): phanh dạng đĩa, được dùng như phanh cơ khí, phanh điện hoặc phanh thủy lực để dừng roto trong các tình huống khẩn cấp  Hộp số (gear box): hộp số được đặt giữa trục tốc độ thấp và trục tốc độ cao để gia tăng tốc độ quay từ khoảng 20 đến 60 vòng/phút lên khoảng 1200 đến 1500 vòng/phút, đây là tốc độ quay mà hầu hết các máy phát cần để sản sinh ra điện năng

 Máy phát (generator): thường dùng các máy phát tự cảm ứng để phát điện năng xoay chiều

 Tháp (tower): tháp được làm từ thép phiến hoặc các thanh thép bắt chéo nhau

Vì tốc độ gió tỷ lệ với độ cao nên tháp càng cao thì tua bin càng lấy được nhiều năng lượng và sản sinh ra được càng nhiều điện năng

2.2.2 Khái niệm động lực học của các tua bin gió

Trong đó các khái niệm quan trọng nhất là hệ số công suất của tua bin gió Cp

và góc điều chỉnh cánh gió Trên cơ sở phân tích về động lực học sẽ dẫn đến vấn đề làm thế nào để đạt được công suất đầu ra lớn nhất ứng với từng tốc độ gió đầu vào khác nhau

Trước khi nghiên cứu động lực học của tua bin gió chúng ta đưa ra một vài

khái niệm (xem hình 2-2)

Hình 2-2: Gió mặt và gió lưng

- Tốc độ gió: tốc độ gió tự do tại vị trí khảo sát

- Tốc độ gió mặt (upstream wind speed): tốc độ gió ở khoảng cách đủ lớn đối

- Tốc độ gió lưng (downstream wind speed): tốc độ gió ở khoảng cách đủ lớn

Trục roto: trục quay của roto

- Bán kính mặt cắt ngang của cánh gió: khoảng cách từ mặt cắt ngang của cánh gió đến trục của roto

- Đường cung (chord line): đường thẳng nối đỉnh và đuôi của mặt cắt ngang của cánh gió

- Mặt xoay (plane of rotation): mặt phẳng được tạo ra bởi rìa của các cánh gió khi cánh gió quay

- Góc Pitch (pitch angle): góc giữa đường cung và mặt xoay

Hình 2-3: Cánh của tua bin gió

Hơn nữa, tua bin gió lấy động năng của gió ở phía roto và do tiêu hao động năng nên tốc độ gió ở đầu vào của cánh gió phải chậm lại khi ra khỏi cánh gió, vậy

Hệ số công suất của tua bin gió

Công suất cơ lấy ra từ tua bin gió phụ thuộc vào diện tích quét của cánh mà diện tích này lại tỷ lệ với bình phương của bán kính roto (chiều dài cánh gió) và tỷ

lệ bậc ba với tốc độ gió:

p w

= hệ số công suất của tua bin gió

Công suất thực lấy ra là khác nhau giữa công suất gió mặt và lưng

Với một tốc độ gió cho trước, giá trị của còn phụ thuộc vào tỷ lệ giữa tốc độ gió mặt và tốc độ gió lưng:

2

1

*1

32

được vẽ như hình sau

59,3% công suất gió hiện hữu (còn được biết đến như giới hạn Betz) Trong thiết kế thực

Hình 2-4: Hệ số công suất của tua bin gió theo Vwo/Vw

Một thuận lợi của phương trình (2-3) là nó đưa ra một tiêu chuẩn về lượng công suất lớn nhất có thể được lấy ra từ gió Tuy nhiên, công thức này lại không

học của cánh, cũng như không đưa ra được mối quan hệ giữa tốc độ và cả các điều kiện cần thiết của roto để đạt được hiệu suất tối đa cần thiết cho các thiết kế thực tế

Có thể dễ nhận thấy rằng nếu roto quay rất chậm thì gió có thể dễ dàng đi

thuộc vào quan hệ giữa tốc độ gió và tốc độ của roto (tua bin) Mối quan hệ này được biểu diễn bằng một tỷ số giữa tốc độ tiếp tuyến ở rìa của cánh gió với tốc độ gió mặt được gọi là TSR (Tip Speed Ratio) Đó là một hệ số vô hướng được định nghĩa như sau:

Với trường hợp tua bin gió loại biến tốc, khi tốc độ gió cao công suất đầu ra của

máy phát có thể được giới hạn bằng cách thay đổi góc của cánh gió (xem

hình học của cánh gió) Vì vậy, ta có thể viết:

Cp=(,pitch)

hình hóa tua bin gió và có thể được biểu diễn như sau:

i c

pitch i

3 2 1

và các hệ số , , , , , phụ thuộc từng loại tua bin gió

mục đích minh họa các phân tích tiếp theo, chúng ta lấy một quan hệ đơn giản giữa

(hình 2-5) với góc Pitch cố định bởi một hàm xấp xỉ hóa đường cong của đa thức bậc 7:

Hình 2-5: Hệ số công suất tối ưu của tua bin gió

Trên hình vẽ, giá trị max của được gọi là giá trị tối ưu và giá trị

Bây giờ chúng ta khảo sát công suất ra của tua bin khi tốc độ gió đầu vào thay đổi

Từ phương trình (2-1), với một tua bin gió đã cho ở một vị trí xác định, nơi

được xây dựng dựa trên các phương trình (2-1), (2-5) và (2-8)

công suất đạt đỉnh trên các đường cong phân bố công suất như hình 2-5 Muốn đạt được công suất lớn nhất tương ứng với tốc độ gió đã cho thì tốc độ của roto phải

tốc độ của roto cũng được điều khiển để bảo vệ máy phát và các thiết bị điện khác khỏi quá tải khi tốc độ gió quá nhỏ hoặc quá cao

Hình 2-6: Công suất của tua bin gió theo tốc độ roto ở các tốc độ gió khác nhau 2.2.3 Nguyên lý làm việc của một tua bin gió

Các tua bin gió tạo ra điện như thế nào? Một cách đơn giản là một tua bin gió làm việc trái ngược với một máy quạt điện, thay vì sử dụng điện để tạo ra gió như quạt điện thì ngược lại tua bin gió lại sử dụng năng lượng gió để tạo ra điện Hãy xem hình vẽ sau để thấy được tua bin gió làm việc như thế nào:

Hình 2-7: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của một tuabin gió

Hình 2-8: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của nhiều tuabin gió

Các tua bin hoạt động theo một nguyên lý rất đơn giản Năng lượng của gió làm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay quanh 1 roto Mà roto được nối với trục chính và trục chính sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát để tạo ra điện

Các tua bin gió được đặt trên trụ cao để thu hầu hết năng lượng gió Ở độ cao >30 mét trên mặt đất thì các tua bin gió thuận lợi: tốc độ nhanh hơn và ít bị các luồng gió bất thường

Các tua bin 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

Nhìn từ phía ngoài vào một xưởng năng lượng gió thấy được một nhóm các tua bin gió làm việc và tạo ra điện nhờ các đường dây tiện ích như thế nào Điện được truyền qua dây dẫn phân phối tới các nhà, các cơ sở kinh doanh, các trường học…(xem hình vẽ 2-8)

2 2.4 Những căn cứ lựa chọn tua bin gió của nhà máy

a Các chỉ tiêu chung:

- Đường đặc tính công suất phát ra của máy phát điện gió phù hợp với chế độ gió của vùng thực hiện nhà máy

- Vận hành an toàn, chính xác

- Sản lượng điện hàng năm phát ra (kWh) cao, chất lượng điện năng sản xuất

ra phải đảm bảo các yêu cầu của người mua điện (như các thông số về điện áp danh định, độ dao động điện áp, tần số phát điện của dòng điện, độ sai lệch tần số, công suất yêu cầu…)

- Giá thành thiết bị hợp lý

- Tiếng ồn phát ra trong quá trình làm việc phải ở trong phạm vi cho phép

- Độ tin cậy, uy tín của nhà sản suất, hãng sản xuất

- Khả năng độ bền, sự chịu đựng của thiết bị trong các điều kiện làm việc như nhiệt độ cao, gió bão, độ ẩm…

- Thuận lợi trong việc vận chuyển, lắp dựng, khai thác, bảo dưỡng, sửa chữa

- Hình dáng có tính thẩm mỹ cao

b Các căn cứ cụ thể:

- Căn cứ vào khả năng đầu tư của chủ đầu tư công trình

- Căn cứ vào quy mô diện tích đất, vị trí kích thước hình học của khu vực nhà máy

- Căn cứ vào kết quả khảo sát địa hình, địa chất tại khu vực xây dựng nhà máy

- Căn cứ điều kiện gió tại địa điểm xây dựng nhà máy (kể cả bão, gió xoáy, gió giật …)

- Căn cứ vào điều kiện vận chuyển và khả năng thi công lắp dựng Tua bin tại Việt Nam

- Căn cứ vào độ an toàn, các tiêu chuẩn kỹ thuật, chỉ tiêu kinh tế, giá mua và dịch vụ sau bán hàng của hãng sản xuất

- Căn cứ vào khả năng sản xuất, điều kiện giao hàng của các nhà chế tạo tua bin

- Căn cứ vào kích thước hình học cũng như đặc tính kỹ thuật của tua bin gió phát điện được chọn

Với các hãng sản xuất tua bin gió hiện nay đều có thể đáp ứng được đa số các chỉ tiêu trên, việc cân nhắc lựa chọn là giá cả, gam công suất có phù hợp với điều kiện và khả năng vận chuyển, lắp dựng thi công để thực hiện nhà máy

- Hiện nay các tua bin phát điện bằng sức gió được sản xuất ở nhiều nước trong đó có Đan Mạch, CHLB Đức, Tây Ban Nha, Hà Lan, Anh, Nhật, Ấn Độ, Trung Quốc… Tuy nhiên 10 hãng sản xuất tua bin gió hàng đầu thế giới (chiếm hơn 90% thị trường) chỉ tập trung ở 4 nước: Đan Mạch, CHLB Đức, Tây Ban Nha và

Mỹ (riêng Đan Mạch chiếm hơn 60% thị trường xuất khẩu tua bin gió của thế giới)

- Tua bin gió được phân loại như sau:

- Sau khi phân tích các điều kiện để thực hiện nhà máy, gam công suất tua

+ Gam công suất đang được thịnh hành trên thị trường tua bin gió hiện nay + Suất chi phí đầu tư cho 1 kWh thấp hơn so với gam công suất nhỏ

+ Những gam công suất này đã được các nhà khoa học đầu tư nghiên cứu cải tiến kỹ thuật để sản xuất ra các loại tua bin gió hoạt động cho những vùng có chế độ gió từ thấp đến cao

- Sau khi nghiên cứu các loại tua bin của các hãng nổi tiếng trên thế giới về sản xuất chế tạo tua bin gió như: Fuhrlander, Nordex, Repower, Enercon, Vensys, DeWind (CHLB Đức); Vestas, Micon, Bonus (Đan Mạch); Made, Gamesa, Ecotècnia (Tây Ban Nha); GE Win Energy (Mỹ); Suzlon (Ấn Độ); Mitshubishi (Nhật Bản); Goldwind, Xi’an Nordex (Trung Quốc) … Những hãng sản xuất này đã

áp dụng những tiến bộ công nghệ mới để nâng cao hiệu suất tua bin gió cũng như để

Kết luận: Lựa chọn tua bin có loại công suất 1.500kW do Đức, Đan Mạch,

Tây Ban Nha, Mỹ hoặc Trung Quốc sản xuất (hoặc các loại tua bin tương tự)

Bảng 2.1: Đặc tính kỹ thuật tua bin loại công suất 1.500 kW

(m/s)

Công suất (kW)

1 Roto

2.2 Hiện trạng các nhà máy điện gió trên Thế giới

2.2.1 Tình hình phát triển chung

Hình 2-9 Một số hình ảnh tiêu biểu của tua bin gió

Năng lượng gió đã cung cấp một tiềm năng lượng lớn, nó là nguồn năng lượng không bao giờ cạn kiệt Từ những năm 1960 các tua bin gió phát điện đã được nghiên cứu, ứng dụng với quy mô công suất lớn dần Mỹ là nước đi đầu trong việc phát triển ứng dụng tua bin gió phát điện, tiếp đến là Hà Lan, Đan Mạch, Cộng hoà liên bang Đức, Ấn Độ, Tây Ban Nha…

- Các tua bin gió phát điện thường có công suất khá lớn từ 50kW đến 2000kW Ở Mỹ đã chế tạo thử nghiệm một số tua bin gió có công suất từ 2500kW đến 5000kW Song cho đến nay loại tua bin gió phát điện có công suất từ 800kW đến 1500kW được ứng dụng phổ biến nhất Các tua bin gió thường được xây dựng thành cụm, tạo thành cánh đồng gió phát điện với quy mô công suất thường từ 20MW – 100MW

Trong những năm gần đây, công suất lắp đặt điện gió phát triển với tỷ lệ 25%/năm Tính đến cuối năm 2004, có khoảng hơn 73.800 tua bin gió được lắp đặt, tương đương với tổng công suất lắp đặt năng lượng gió của toàn thế giới là 47.900

MW, trong đó Châu Âu chiếm 72,5%, Bắc Mỹ 15,4% Sự phân bổ trên các lục địa như sau:

Bảng 2.2 Sự phân bổ công suất điện gió trên các lục địa

Độ Khả năng chế tạo lớn nhất là các nước Đan Mạch, Đức, Tây Ban Nha Hiện nay, 7 nước thành viên của Liên minh Châu Âu là: Italia, Hà Lan, Thuỵ Điển, Hy Lạp, Bồ Đào Nha, Ai-len và Vương quốc Anh mỗi nước đã có hơn 1.000 MW được lắp đặt Pháp cũng có chương trình mở rộng điện gió và mục tiêu vào năm 2010 là phải đạt 1.000 MW

- Tại Anh, năm 2005 lắp đặt 560MW ở gần bờ và ngoài biển khơi Hiện tại công nghiệp gió đang đáp ứng 1,3% tổng nhu cầu điện ở Anh Những tua bin gió lắp đặt ngoài biển ở Anh đầu tiên đã phát điện với giá xấp xỉ 10 cent/kWh Theo mục tiêu đến 2010 của Chính phủ Anh, đóng góp của năng lượng gió ngoài biển khơi trong năng lượng tái tạo là gần 1/5, hoặc chiếm 1,8% tổng năng lượng cung cấp Để đáp ứng được nhu cầu này sẽ phải lắp đặt 1.300 tua bin, với công suất danh định 2MW/1 tua bin

- Tại Mỹ, tổng công suất lắp đặt năng lượng gió tại Mỹ là trên 6.750 MW

- Tại Canada, đến cuối năm 2003 tổng công suất lắp đặt đạt 317 MW, đây là con số rất nhỏ so với tiềm năng của nước này

- Ngoài ra Ấn Độ cũng là một trong năm nước đứng đầu thế giới về ứng dụng công nghệ năng lượng gió Trong năm 2003, Ấn Độ đã lắp đặt 408 MW và tính hết năm 2003 tổng công suất lắp đặt lên tới 3.110 MW

- Tại Trung Quốc, cuối năm 2005 đã lắp đặt được 1.226,21 MW, mục tiêu đến

- Theo bản báo cáo năng lượng thế giới năm 2000 của tổ chức Năng lượng thế giới, nhu cầu điện của cả thế giới sẽ là 25.800 TWh vào năm 2020, trong đó năng lượng gió có thể đáp ứng 12% (3.000 TWh) mức tiêu thụ và có thể giảm 10,7

Hình 2-10 Tăng trưởng sản lượng điện gió thế giới năm 1999-2004

Hình 2-11 Nhóm 10 nước dẫn đầu về công suất điện gió năm 2004

2.2.2 Hiện trạng sử dụng năng lượng gió tại Châu Âu

Liên minh Châu Âu hiện đang dẫn đầu thế giới về sử dụng năng lượng gió với công suất lắp đặt hơn 40.500 MW tính đến cuối năm 2005, chiếm 69% của tổng lượng điện gió toàn cầu Với mục tiêu đặt ra của Liên Minh châu Âu đạt 40.000

MW đến 2010 thì nhiệm vụ này được hoàn thành sớm hơn 5 năm Năng lượng gió được phát triển mạnh mẽ tại Liên Minh Châu Âu bởi các chính sách định hướng riêng của từng thành viên nhằm thúc đẩy việc sử dụng năng lượng tái tạo

Kết hợp với các khuyến khích về tài chính bao gồm tăng các khoản đầu tư, giảm lãi suất ở mức thấp nhất nhằm mục đích tích cực thúc đẩy phát triển năng lượng gió và giảm lượng khí thải nhà kính Năm 2001, một chỉ thị của Liên minh Châu Âu (EU) về năng lượng tái tạo trong đó các thành viên phải đặt ra các yêu cầu phát triển năng lượng và phải có kết quả rõ rệt cho đến năm 2010 Mục tiêu tổng thể cho toàn Châu Âu năng lượng tái tạo sẽ đóng góp 21% lượng điện năng tiêu thụ Cơ quan năng lượng gió Châu Âu (EWEA) dự đoán đến năm 2010, chỉ tính riêng điện sản xuất từ gió đã góp phần giảm lượng khí thải nhà kính bằng 1/3 nghĩa vụ của Liên minh Châu Âu đã cam kết tại Kyoto Mục tiêu hiện tại của EWEA là đạt công suất điện gió khoảng 75.000 MW tại Châu Âu vào năm 2010, 180.000 MW vào năm 2020 và 300.000 MW vào năm 2030

Quốc gia đứng đầu tại Châu Âu về năng lượng gió là Đức, nhận được sự ủng hộ bởi các điều luật sau này, bao gồm các điều khoản về các nguồn năng lượng tái tạo trong năm 2000 (được sửa đổi bổ sung vào năm 2004), các nhà sản xuất điện từ năng lượng gió chỉ phải trả mức lãi suất thấp và được giảm theo hợp đồng trong vòng 20 năm Các cơ chế chính sách được thông qua đã thành công rực rỡ, điều này

đã thu hút một số lượng các nhà đầu tư nhỏ tham gia và kết quả tỷ lệ tăng trưởng ở mức 2 con số trong suốt thập niên 1990 Các nhà máy điện gió cũng nhận được những sự ưu đãi của các nhà quy hoạch đất đai tại Đức, các nhà chức trách địa phương cũng đồng ý quy hoạch được 5,5% lượng điện năng tiêu thụ tại Đức với công suất lắp đặt lên đến 18.428 MW vào cuối năm 2005 Mặc dù vậy, tốc độ phát triển trang trại gió trên đất liền tại Đức đã bắt đầu chậm lại, nguyên nhân chủ yếu do

các vị trí có tiềm năng gió còn hạn chế Tuy nhiên điều này sẽ được khắc phục bằng việc thay thế các hệ thống động cơ cũ bằng các hệ thống động cơ mới có hiệu suất cao hơn, đồng thời lắp mới hệ thống ngoài khơi tại biển Bắc và biển Bantic Một nghiên cứu của Bộ môi trường Đức (BMU) ước tính điện gió ngoài khơi sẽ đạt công suất từ 12.000-15.000 MW vào năm 2020

Điện gió tại Tây Ban Nha cũng phát triển mạnh mẽ từ những năm giữa của thập niên 1990 Sự phát triển này được hỗ trợ bởi các chính sách năng lượng tái tạo, giảm thuế và chính sách tái cơ cấu các khu công nghiệp Tại một số địa phương các nhà đầu tư chỉ được tiếp cận các khu vực nhà máy nếu như ngay từ ban đầu họ cam kết thiết lập một cơ sở sản xuất tại đó Điều này dẫn tới kết quả là thị trấn nghèo thuộc Navara nơi có nhiều tiềm năng gió đã đạt được các thành tựu về phát triển kinh tế và đóng góp một lượng điện lớn cho nhu cầu sử dụng điện Hiện nay điện gió đã cung cấp tới 60% lượng điện năng tiêu thụ tại tỉnh này Ở một số thị trấn dân

cư đông đúc thuộc vùng Castilla la Mancha và Galicia thì điện gió chiếm khoảng 20% điện năng tiêu thụ Hầu hết các tua bin gió hiện đang lắp đặt tại Tây Ban Nha đều được sản xuất trong nước Năm ngoái một loạt các tua bin gió với công suất 1.764 MW đã được đưa vào sử dụng, tăng 20% so với năm 2004 và giảm được lượng khí thải khoảng 19 triệu tấn CO2 Con số này đã nâng tổng công suất của điện gió tại Tây Ban Nha lên hơn 10.000 MW, đủ đáp ứng 8,25% lượng điện năng tiêu thụ của quốc gia Chính phủ Tây Ban Nha đặt mục tiêu đến năm 2010 phát triển nâng công suất lên hơn 20.000MW

Đan Mạch là quốc gia tiên phong trong ngành công nghiệp chế tạo tua bin gió và hiện đang là nước có tỷ lệ đóng góp của điện gió vào nguồn cung cao nhất Tính đến cuối năm 2005 đã có hơn 3.000 MW tua bin gió được đưa vào vận hành Khi tốc độ gió cao thì năng lượng gió có thể cung cấp hơn nửa lượng điện năng tiêu thụ tại nửa phía Tây của đất nước Theo nhận định của tổ chức TSOE (Transmission System Opertation Engerginet) tại Đan Mạch thì đến năm 2010 lượng điện tiêu thụ tại miền Tây của Đan Mạch có thể được cung cấp đầy đủ nếu kết hợp giữa các hệ thống gió và trạm nhiệt điện nhỏ mà không cần đến các nhà máy phát điện tập

trung Vào những năm 1990, Đan Mạch cũng là quốc gia tiên phong trong việc phát triển các trang trại điện gió ngoài khơi, và hiện vẫn là quốc gia có các trang trại điện gió xa bờ lớn nhất

Những thị trường dẫn đầu trong lĩnh vực điện gió hiện nay đang liên kết với nhau bao gồm các quốc gia Bồ Đào Nha, Pháp, Anh, Ý, Hà Lan và Áo Tại Bồ Đào Nha các chính sách mạnh mẽ của chính phủ về hệ thống thuế đã giúp tăng công suất

từ 100 MW năm 2000 lên 1000 MW năm 2005 Ý được biết đến là quốc gia đặt mục tiêu kết hợp giữa năng lượng tái tạo và hệ thống thương mại xanh vào năm

2001, công suất điện gió đã tăng từ 452 MW năm 2001 lên hơn 1.700 MW năm

2005 Tiềm năng của 10 thành viên mới kết nạp năm 2004 của Liên minh Châu Âu

đã có những tiến bộ, nhưng trong số này bao gồm Ba Lan, Hungary và các quốc gia thuộc vùng Ban Tích được kỳ vọng sẽ phát triển mạnh mẽ trong vài năm tới đây

2.2.3 Hiện trạng sử dụng năng lượng gió tại Châu Á

Ấn Độ là một trong hai nước đang phát triển nằm trong Top 10 nước dẫn đầu

về công suất điện gió (nước còn lại là Trung Quốc) Năm 2004, công suất điện gió tăng thêm của Ấn Độ đứng thứ ba trên thế giới, chỉ sau CHLB Đức, Tây Ban Nha, đứng trên cả Anh và Mỹ Các nỗ lực này đã đưa Ấn Độ vươn lên hàng thứ năm trên thế giới về công suất

Tính đến tháng 3/2005, công suất điện gió của Ấn Độ đạt mức 3.595 MW, và chỉ riêng trong năm 2004 Ấn Độ đã lắp đặt mới được 1.112 MW, đạt mức tăng trưởng 45% Nếu lấy năm 2000 làm mốc, khi Ấn Độ mới chỉ có 1.220 MW điện gió, thì chỉ sau 5 năm, công suất điện gió của Ấn Độ đã tăng lên 3 lần

Với một bờ biển dài, Trung Quốc là một quốc gia có nhiều tiềm năng về năng lượng gió Dự án điện gió thử nghiệm đầu tiên của Trung Quốc được bắt đầu

từ năm 1986 Trong 20 năm qua, tận dụng các khoản viện trợ nước ngoài và các khoản vay lãi suất thấp, Trung Quốc đã phát triển thêm nhiều khu điện gió, hòa mạng vào lưới điện quốc gia Năm 1994, Bộ trưởng Bộ Năng lượng Điện của Trung Quốc đã ra quyết định đẩy mạnh phát triển năng lượng gió, một quyết định hết sức khó khăn Lý do là vì vào thời điểm đó, năng lượng gió trên thế giới vẫn chưa phát

triển, đồng thời nhiệt điện than khá rẻ và vẫn còn tương đối dồi dào Hiểu được điểm yếu này của điện gió so với các nguồn năng lượng truyền thống khác, Bộ Năng lượng của Trung Quốc đã định hướng phát triển điện gió thông qua việc giảm giá thành bằng cách phát triển những dự án quy mô lớn, đồng thời địa phương hóa các nhà máy sản xuất tua bin gió

Hình 2-12 Xây dựng các trạm điện gió tại khu vực tự trị Nội Mông

(nguồn: www.chinapage.org)

Chính quá trình địa phương hóa các nhà máy sản xuất tua bin đã góp phần quyết định vào việc giảm giá thành, đồng thời giúp phát triển kinh tế địa phương, đặc biệt là ở những vùng sâu, vùng xa nhờ đảm bảo cung ứng điện ổn định, tăng nguồn thu thuế, và tạo thêm công ăn việc làm cho địa phương

Với tiền đề chính sách đúng đắn đó,

thị trường điện gió ở Trung Quốc

được hình thành, và đến cuối năm

2004 Trung Quốc đã

có 43 khu điện gió với tổng công

suất là 850 MW Trong năm 2005,

có thêm 450 MW được đưa vào vận

hành Hướng tới tương lai xa hơn,

đến năm 2020, công suất điện gió của nước này sẽ tăng lên tới 20.000 MW gấp 20 lần công suất hiện tại

Trong thập kỷ tới, Philippines có triển vọng trở thành quốc gia dẫn đầu về năng lượng gió trong khu vực Đông Nam Á Một sự hợp tác chặt chẽ giữa chính phủ và thành phần kinh tế tư nhân được xác lập với mục tiêu đạt công suất tối thiểu

là 417 MW điện gió trong vòng 10 năm tới Dựa vào những nghiên cứu của phòng thí nghiệm quốc gia về năng lượng tái tạo, Philippines quy hoạch một khu vực được

dự án phát triển điện gió Theo tính toán, tiềm năng về công suất gió của khu vực này lên tới hơn 70.000 MW, có thể cung cấp khoảng 195 tỷ kWh mỗi năm Các nghiên cứu triển khai cho dự án này hiện vẫn đang được tiếp tục và bước đầu đưa vào thực tế

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG GIÓ CỦA CÁC TỈNH MIỀN TRUNG

Bộ, Tây Nguyên và Nam Trung Bộ

Bắc Trung Bộ bao gồm các dãy núi phía Tây Nơi giáp Lào có độ cao trung bình và thấp Riêng miền núi phía Tây tỉnh Thanh Hoá có độ cao từ 1000 - 1500m Khu vực miền núi Nghệ An - Hà Tĩnh là đầu nguồn của dãy Trường Sơn có địa hình rất hiểm trở, phần lớn các núi cao nằm dải dác ở đây Các miền đồng bằng có tổng diện tích khoảng 6.200km2, trong đó đồng bằng Thanh Hoá do nguồn phù sa

từ sông Mã và sông Chu bồi đắp, chiếm gần một nửa diện tích và là đồng bằng rộng nhất của Trung Bộ

Tây Nguyên có diện tích khoảng 544737km2, nằm về vị trí phía Tây và Tây Nam Trung Bộ (phía Tây dãy Trường Sơn) Tây Nguyên có phía Tây giáp 2 nước Lào và Campuchia, phía Đông giáp khu vực kinh tế Nam Trung Bộ và phía Nam giáp khu vực Đông Nam Bộ Địa hình Tây Nguyên đa dạng, phức tạp, chủ yếu là

Nam Trung Bộ thuộc khu vực cận giáp biển Địa hình ở đây bao gồm đồng bằng ven biển và núi thấp, có chiều ngang theo hường Đông - Tây (trung bình 40 - 50km), hạn hẹp hơn so với Bắc Trung Bộ và Tây Nguyên Có hệ thống sông ngòi ngắn và dốc, bờ biển sâu với nhiều đoạn khúc khuỷu, thềm lục địa hẹp Các miền

đồng bằng có diện tích không lớn do các dãy núi phía Tây trải dọc theo hướng Nam tiến dần ra sát biển và có hướng thu hẹp dần diện tích lại Đồng bằng chủ yếu do sông và biển bồi đắp, khi hình thành nên thường bám sát theo các chân núi

Xét chung, địa hình Trung Bộ có độ cao thấp dần từ khu vực miền núi xuống đồi gò trung du, xuôi xuống các đồng bằng phía trong dải cồn cát ven biển rồi ra đến các đảo ven bờ

3.1.2 Đặc điểm khí hậu thời tiết

Khí hậu Trung Bộ được chia ra làm hai khu vực chính là Bắc Trung Bộ và Duyên Hải Nam Trung Bộ

Khu vực Bắc Trung Bộ (bao gồm toàn bộ phía Bắc đèo Hải Vân) Vào mùa đông, do gió mùa thổi theo hướng Đông Bắc mang theo hơi nước từ biển vào nên toàn khu vực chịu ảnh hưởng của thời tiết lạnh kèm theo mưa Đây là điểm khác biệt với thời tiết khô hanh vào mùa Đông vùng Bắc Bộ Đến mùa Hè không còn hơi nước từ biển vào nhưng có thêm gió mùa Tây Nam (còn gọi là gió Lào) thổi ngược lên gây nên thời tiết khô nóng, vào thời điểm này nhiệt độ ngày có thể lên tới trên 40độC, trong khi đó độ ẩm không khí lại rất thấp

Vùng Duyên hải Nam Trung Bộ (bao gồm khu vực đồng bằng ven biển Nam Trung Bộ thuộc phía Nam đèo Hải Vân) Gió mùa Đông Bắc khi thổi đến đây thường suy yếu đi do bị chặn lại bởi dãy Bạch Mã Vì vậy khi về mùa hè khi xuất hiện gió mùa Tây Nam thổi mạnh từ vịnh Thái Lanvà tràn qua dãy núi Trường Sơn

sẽ gây ra thời tiết khô nóng cho toàn bộ khu vực

Đặc điểm nổi bật của khí hậu Trung Bộ là có mùa mưa và mùa khô không cùng xảy ra vào một thời kỳ trong năm của hai vùng khí hậu Bắc Bộ và Nam Bộ

3.1.3 Đánh giá các vùng gió tiềm năng

Theo đánh giá sơ bộ về tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam trong “Bản

đồ năng lượng gió khu vực Đông Nam Á” do World Bank phát hành, khu vực duyên hải miền Trung và khu vực duyên hải miền Nam là khu vực gió tiềm năng có

khả năng xây dựng các nhà máy điện gió với quy mô công nghiệp (khoảng 30MW trở lên) và có khả năng đấu nối vào lưới điện quốc gia

Các tỉnh duyên hải miền Trung Việt Nam có khả năng phát điện gió có quy mô công nghiệp và đạt hiệu quả về kinh tế bao gồm các tỉnh: Khánh Hoà, Bình Định, Quảng Ngãi, Quảng Trị, Quảng Bình

Để đánh giá cụ thể tiềm năng năng lượng gió của một vị trí với mục đích phát triển các nhà máy điện gió, cần thiết phải thực hiện đo gió Theo tính toán, tốc

độ gió có thể thay đổi tới 25% theo từng năm, tuy nhiên, việc thực hiện đo gió trong

1 khoảng thời gian dài là không thực tế Thông thường khoảng thời gian đo gió diễn

ra trong khoảng từ 1-2 năm với từng địa điểm cụ thể

Từ năm 2004, Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã thực hiện đo gió trong vòng 1 năm tại 8 vị trí tiềm năng của khu vực duyên hải miền Trung và miền Nam Việt Nam

Khu vực được lựa chọn để đo gió là các khu vực được đánh giá là có tiềm

những khu vực có khả năng phát điện quy mô công nghiệp)

Cột đo gió được đặt tại các vị trí có tiềm năng gió nhất, có khả năng xây dựng các nhà máy điện trong tương lai và vị trí mô phỏng toàn bộ khu vực gió tiềm năng trong phạm vi khu vực lân cận với bán kính khoảng 20km

Cột đo gió được thiết kế cao 60m Trên cột lắp các cảm biến đo tốc độ, hướng gió, nhiệt độ, áp suất để thu thập số liệu gió tại các độ cao 60m, 40m và 12m

Việc đo gió thực hiện kết hợp với việc thu thập số liệu đo gió dài hạn tại các trạm khí tượng thuỷ văn ở gần để điều chỉnh số liệu gió 1 năm tại các trạm đo

Tiềm năng gió được tính toán xác định tại các vùng có khả năng xây dựng nhà máy điện gió có diện tích từ 100ha trở lên

Các địa điểm có tiềm năng gió quy mô công nghiệp là những vùng có thể xây dựng được các trang trại gió ngoài những quy mô trên 30MW, mật độ năng

thiết bị thuận lợi, không bị giới hạn về lưu thông hàng không, các dự án xây dựng khác

Dựa vào kết quả tính toán phân bố mật độ năng lượng gió ở độ cao 65m, hiện trạng và quy hoạch sử dụng đất, địa hình tại các khu vực, vùng gió tiềm năng tại các tỉnh trong khu vực được chia nhỏ thành các vùng nhỏ

Các thông số đánh giá chủ yếu trình bày trong bảng 3.8

Bảng 3.8 Thông số đánh giá tiềm năng năng lượng gió

lợi

Rất thuận lợi

đồng tình

Rất đồng tình

Vấn đề môi trường (ăn

Ảnh hưởng đến hàng

Không ảnh hưởng

Nguồn: Báo cáo Kết quả đo gió tại miền Trung và miền Nam, Cty CPTVXD điện 4

Tính điểm đánh giá tính khả thi 1 vị trí tiềm năng: dựa vào kết quả chấm điểm cho từng tiêu chí của từng vị trí, tính tổng cộng điểm các tiêu chí, riêng đối với tiêu chí thứ nhất “mật độ năng lượng” nhân với hệ số 4 Các vị trí từ 49 điểm trở lên được đánh giá là vị trí có tiềm năng phát triển điện gió quy mô công nghiệp

Kết quả đo gió tại 8 trạm đo gió của Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã thực hiện tại các tỉnh duyên hải miền Trung và miền Nam Việt Nam, kết hợp với số liệu