THIẾT KẾ VÀ KẾT NỐI LƯỚI NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐAM NẠI TỈNH NINH THUẬN. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

THIẾT KẾ VÀ KẾT NỐI LƯỚI NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI TỈNH NINH THUẬN Học viên: Lương Thế Khang Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: Khóa: K33.KTĐ.LĐ Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm t

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS DƯƠNG MINH QUÂN

Đà Nẵng, Năm 2018

HV Lương Thế khang

THIẾT KẾ VÀ KẾT NỐI LƯỚI NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI

TỈNH NINH THUẬN

Học viên: Lương Thế Khang Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: Khóa: K33.KTĐ.LĐ Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt – Năng lượng luôn là vấn đề đặt biệt quan tâm đối với các nước đang phát triển, Việt

nam là quốc gia cũng không nằm ngoài xu thế này Quá trình phát triển nguồn điện ưu tiên các

nguồn năng lượng tái tạo, trong đó có năng lượng gió thu hút sự quan tâm đặc biệt của các nhà

đầu tư Việt nam là quốc gia có nhiều tiềm năng vế năng lượng gió, đặc biệt là khu vực duyên hải

miền trung việt nam

Đầu tiên, Luận văn này trình bày về nghiên cứu khảo sát tiềm năng năng lượng gió tại tỉnh Ninh

thuận cụ thể là khu vực Đầm Nại, đồng thời tính toán, thiết kế, lựa chọn công suất nhà máy Đầm

Nại và trình bày kỹ thuật công nghệ nhà máy

Cuối cùng, Luận văn này trình bày việc sử dụng công cụ phần mềm Etap để mô phỏng, phân tích,

tính toán các chế độ vận hành khi kết nối Nhà máy điện gió Đầm Nại vào lưới điện phân phối

tỉnh Ninh Thuận từ đó phân tích vai trò của nhà máy trong việc ổn định lưới điện khu vực

Từ khóa – Năng lượng gió, tiềm năng gió tỉnh Ninh Thuận, thuật toán điều khiển tua bin gió, yêu

cầu kết nối lưới của nhà máy điện gió, kết nối lưới điện khu vực

DESIGN AND CONNECTING ĐẦM NẠI WIND POWER PLANT TO

ELECTRICITY DISTRIBUTION GRID IN NINH THUAN PROVINCE

Abstract – Energy is always a matter of particular concern for developing countries Vietnam is a

country not out of this trend Development of sources, the renewable energy is priority The new

sources of energy, including wind energy, have attracted the attention of investors Vietnam has a

great potential for wind energy, especially in the central coastal region of Vietnam

Firstly, This thesis presents a study on the potential of wind power in Ninh Thuan province - Dam

Nai area specifically In addition, calculation, design Dam Nai factory capacity selection, and

presentation of Dam Nai wind turbine technology

Finally, This thesis presents the use of the Etap software tool to simulate, analyze and calculate

operating modes when connecting Mui Dinh wind power plant to the distribution grid of Ninh

Thuan province Solutions for efficient operation of the distribution network of Ninh Thuan

province It then analyzes the role of the plant in stabilizing the regional grid

Key words - Wind power, wind potential in Ninh Thuan Province, wind turbine control

algorithms, grid connection requirements of wind power plants, regional grid connection

3 Đối tượng nguyên cứu và phạm vi nguyên cứu 1

4 Bố cục của luận văn 2

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 4

1.1TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ TẠI VIỆT NAM 4

1.1.1 Tiềm năng về năng lượng gió trong nước 4

1.1.1.1 Đánh giá tiềm năng năng lượng gió theo tốc độ gió và độ cao 10

1.1.1.2 Đánh giá tiềm năng năng lượng gió theo mật độ năng lượng gió 11

1.1.2 Một số dự án điện gió đã và đang triển khai 12

1.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NĂNG LƯỢNG GIÓ.[2] 13

1.2.1 Tốc độ và hướng gió 13

1.2.2 Số liệu gió, cột đo gió và hướng gió 14

1.2.3 Áp dụng định luật Betz trong tính toán năng lượng gió và thiết kế cánh quạt 16

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ NĂNG LƯỢNG GIÓ NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI 21

2.1 MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH CỦA NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI 21 2.1.1 Địa điểm xây dựng nhà máy 21

2.1.2 Quy mô dự án 21

2.1.3 Hình thức thực hiện dự án 21

2.2 CÁC SỐ LIỆU KHẢO SÁT CỦA PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI 21

2.2.1 Đánh giá tiềm năng gió của khu vực 22

2.2.1.1 Tiềm năng gió khu vực tỉnh Ninh Thuận 22

2.2.1.2 Tiềm năng gió tại khu vực dự án 25

2.2.2 Phân tích số liệu gió 26

2.2.2.1 Số liệu gió 26

2.2.2.2 Thiết bị đo 29

2.2.2.3 Vận tốc trung bình tháng 30

2.2.2.6 Mức độ nhiễu loạn không khí 32

2.2.2.7 Phân loại gió 33

2.2.3 Điều kiện tự nhiên khu vực nhà máy 33

2.2.3.1 Đặc điểm chung 33

2.2.3.2 Lượng mưa 35

2.2.3.3 Nhiệt độ không khí 35

2.2.3.4 Độ ẩm không khí 36

2.2.3.5 Các thông số về gió, bão 36

2.2.3.6 Mức độ ăn mòn trong không khí 38

2.3 GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY 39

2.3.1 Tổng quan phần thiết bị nhà máy 39

2.3.2 Lựa chọn công suất tua bin 39

2.3.2.1 Gam công suất hiện nay và xu hướng trong tương lai 39

2.3.2.2 Tiêu chí lựa chọn gam công suất tua bin 40

2.3.2.3 Lựa chọn gam công suất 41

2.3.3 Phương án bố trí tua bin và lựa chọn tua bin 41

2.3.3.1 Nguyên tắc bố trí tua bin 41

2.3.3.2 Lựa chọn loại tua bin và thông số kỹ thuật 42

CHƯƠNG 3 VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TUA BIN GIÓ 44

3.1 MÔ TẢ VỀ MÁY PHÁT DFIM (DOUBLY FED INDUCTION MACHINE) HÃNG GAMESA 44

3.1.1 Cấu trúc phần cứng DFIM và nguyên lý làm việc 44

3.1.2 Kỹ thuật công nghệ kết nối lưới 46

3.1.3 Điều khiển công suất vô công (Q) 47

3.1.4 Điều khiển công suất hữu công (P) 47

3.1.5 Điều khiển tần số 48

3.1.6 Điều khiển xa 49

3.2 ĐẶC TÍNH VÀ MÔ TẢ CHUNG VỀ TUABINE GIÓ 2,625 MW HÃNG GAMESA 49

3.2.1 Mô tả thiết bị trong Nacelle 49

3.2.1.1 Nắp chụp 49

3.2.1.2 Khung 49

3.2.1.3 Trục chính 49

3.2.1.4 Hộp số 49

3.2.1.5 Hệ thống xoay chỉnh hướng đón gió (Yaw system) 50

3.2.1.6 Hệ thống thắng 50

3.2.1.7 Hệ thống thủy lực 50

3.2.6 Hệ thống tích hợp điều khiển xa 54

3.2.7 Sensor 55

3.3 MỘT SỐ ĐẶC TÍNH KHÁC 55

3.3.1 Kết lưới 55

3.3.2 Các thông số kỹ thuật 55

3.4 HỆ THỐNG CONVERTER 58

3.5 HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT 59

3.5.1 Mô tả 59

3.5.2 Vùng bảo vệ 60

3.5.3 Các đường thoát của sét 61

3.6 CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 62

3.6.1 Mô tả chung 62

3.6.2 Điều khiển góc cánh quạt (Pitch) 66

3.6.3 Điều khiển Công suất 67

3.6.3.1 Giới hạn công suất 69

3.6.3.2 Điểm đặt công suất P 69

3.6.3.3 Derated mode by Wind 69

3.6.4 Điều khiển tốc độ 70

3.6.5 Thuật toán giảm tiếng ồn 72

3.6.6 Điều khiển khởi động và dừng máy 73

3.6.6.1 Khởi động 73

3.6.6.2 Dừng máy 74

3.6.7 Logic điều khiển Yaw và cáp 74

3.6.7.1 Điều khiển hướng gió (Yaw) 74

3.6.7.2 Điều khiển cáp 75

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG KẾT NỐI NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI ĐẾN LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC 76

4.1.2 Khả năng đáp ứng phụ tải của lưới điện tỉnh Ninh Thuận 76

4.2 PHƯƠNG ÁN SƠ ĐỒ LƯỚI ĐIỆN NHÀ MÁY 77

4.3 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC VỚI ỨNG DỤNG ETAP 78

4.3.1 Chế độ vận hành của lưới điện phân phối khu vực khi chưa kết nối nhà máy phong điện Đầm Nại 78

4.3.1.1 Đặc điểm phụ tải lưới điện khu vực 78

4.3.1.2 Chế độ lưới điện vận hành tải cực tiểu 81

4.3.1.3 Chế độ lưới điện vận hành tải cực đại 87

4.3.1.4 Phân tích chế độ vận hành khi chưa kết nối nhà máy phong điện Đầm Nại 92

4.3.2 Đánh giá các chế độ phát của nhà máy điện gió Đầm Nại ứng với từng chế độ tải của lưới điện Ninh Thuận 94

4.3.2.1 Phân tích trường hợp khi nhà máy phong điện Đầm Nại phát cực đại 95

4.3.2.2 Phân tích trường hợp khi nhà máy phong điện Đầm Nại phát cực tiểu 98

4.3.2.3 Phân tích tổn thất công suất, điện áp các nút 110kV ứng với các chế độ mô phỏng .102

4.3.3 Phân tích các trường hợp sự cố .104

4.3.3.1 Các qui định kết lưới về tần số và điện áp đối với nhà máy điện gió 104 4.3.3.2 Xét trường hợp sự cố trên đường dây 22kV kết nối nhà máy điện Đầm Nại đến trạm Ninh Hải ( TH1) 105

4.3.3.3 Xét trường hợp sự cố trên đường dây 110kV kết nối từ trạm Tháp Chàm 2 đến trạm 110kV Ninh Hải (TH2) .113

KẾT LUẬN 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)

BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN

DFIM Doubly-Fed Induction Machine Máy phát không đồng bộ nguồn kép

Systems

Hệ thống chuyển đổi năng lượng gió

Số

4.19 So sánh phân bố công suất khi Đầm Nại phát cực đại 97

Số

3.13 Các vòng lặp điều khiển, sơ đồ đơn giản 66

hiệu

4.16

ở khu vực có gió tốt là 6 m/s ở độ cao 60m tập trung chủ yếu ở các tỉnh phía duyên hải Nam trung bộ (Bình Thuận, Ninh Thuận), khu vực Tây nguyên (Gia lai, Đăk Lăk) Đồng thời Nhà nước cũng có những những cơ chế khuyến khích cụ thể như

ưu tiên về giá mua điện từ các nhà máy điện gió, miễn thuế thu nhập doanh nghiệp, thuế nhập khẩu, phí sử dụng đất, VAT, phí môi trường Việc phát triển nguồn năng lượng gió có vai trò hết sức quan trọng nhằm thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch vốn là nguyên nhân gây ra khí thải CO2 đang dần tăng cao tại Việt Nam Đáp lại lời kêu gọi của Chính Phủ, các Tỉnh có tiềm năng về năng lượng gió

đã tạo điều kiện cho các nhà đầu tư năng lượng gió xúc tiến xây dựng Hiện nay trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận đang triển khai nhiều dự án điện gió, trong đó có dự

án nhà máy điện gió Đầm Nại với công suất tuabin lớn nhất trong nước hiện nay Vì

vậy đề tài “Thiết kế và kết nối lưới nhà máy phong điện Đầm Nại Tỉnh Ninh

Thuận” mang tính thực tiễn cao Đáp ứng nhu cầu tính toán và vận hành nhà máy

sau khi hoàn thành

2 MỤC TIÊU NGUYÊN CỨU

- Khảo sát tính khả thi của dự án

- Thiết kế tính toán công suất nhà máy phong điện Đầm Nại

- Phương án kết nối hệ thống điện lưới điện khu vực

- Vận hành tuabin gió

- Tính toán ảnh hưởng của nhà máy đối với chất lượng điện năng khi kết nối với lưới điện địa phương

3 ĐỐI TƯỢNG NGUYÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGUYÊN CỨU

3.1 Đối tượng nguyên cứu

Hệ thống tuabin gió áp dụng cho nhà máy phong điện Đầm Nại

Hệ thống lưới điện phân phối tỉnh Ninh Thuận

3.2 Phạm vi nguyên cứu

Nội dung nguyên cứu trong phạm vi thiết kế và kết lưới nhà máy phong điện Đầm Nại trên địa bản tỉnh Ninh Thuận

4 BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ

1.1 Tình hình phát triển năng lượng gió tại Việt Nam

1.1.1 Tiềm năng về năng lượng gió trong nước

1.1.2 Một số dự án điện gió đã và đang triển khai

1.2 Phương pháp tính toán năng lượng gió

1.2.1 Tốc độ và hướng gió

1.2.2 Số liệu gió, cột đo gió và hướng gió

1.2.3 Áp dụng định luật Betz trong tính toán năng lượng gió và thiết kế cánh quạt

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ NĂNG LƯỢNG GIÓ NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI

2.1 Một số thông số chính của nhà máy phong điện Đầm Nại

2.1.1 Địa điểm xây dựng nhà máy

2.1.2 Quy mô dự án

2.1.3 Hình thức thực hiện dự án

2.2 Các số liệu khảo sát của dự án phong điện Đầm nại

2.2.1 Đánh giá tiềm năng gió của khu vực

2.2.2 Phân tích số liệu gió

2.2.3 Điều kiện tự nhiên khu vực nhà máy

2.3 Giải pháp công nghệ nhà máy

2.3.1 Tổng quan phần thiết bị nhà máy

2.3.2 Lựa chọn công suất tua bin

2.3.3 Phương án bố trí tua bin và lựa chọn tua bin

CHƯƠNG 3: VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TUA BIN GIÓ 3.1 Mô tả về máy phát DFIM (Doubly fed Induction Machine) hãng Gamesa

3.1.1 Cấu trúc phần cứng DFIM và nguyên lý làm việc

3.1.2 Kỹ thuật công nghệ kết nối lưới

3.1.3 Điều khiển công suất vô công

3.1.4 Điều khiển công suất hữu công

3.1.5 Điều khiển tần số

3.1.5 Điều khiển xa

3.7.2 Điều khiển góc cánh quạt

3.7.3 Điều khiển Công suất

3.7.4 Điều khiển tốc độ

3.7.5 Thuật toán giảm tiếng ồn

3.7.6 Điều khiển khởi động và dừng máy

3.7.7 Logic điều khiển Yaw và cáp

CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG KẾT NỐI NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI ĐẾN LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC

4.1 Hiện trạng lưới điện khu vực

4.1.1 Nhu cầu phụ tải khu vực

4.1.2 Khả năng đáp ứng phụ tải của lưới điện tỉnh Ninh Thuận

4.2 Phương án sơ đồ lưới điện nhà máy

4.3 Đánh giá ảnh hưởng kết nối lưới điện khu vực với ứng dụng Etap

4.3.1 Chế độ vận hành của lưới điện phân phối khu vực khi chưa kết nối nhà máy phong điện Đầm Nại

4.3.2 Đánh giá các chế độ phát của nhà máy phong điện Đầm Nại ứng với từng chế độ tải của lưới điện Ninh Thuận

4.3.3 Phân tích các trường hợp sự cố

1.1 Tình hình phát triển năng lượng gió tại Việt Nam

1.1.1 Tiềm năng về năng lượng gió trong nước

Theo bản đồ gió được ngân hàng thế giới xây dựng từ năm 2001 cho 4 nước bao gồm Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan được lấy số liệu gió từ trạm khí tượng thủy văn cùng với dữ liệu từ mô hình MesoMap, tính toán dự đoán tiềm năng năng lượng gió Việt Nam ở độ cao 65m và 30m, tương ứng với độ cao của tua bin gió nối lưới cỡ lớn và tua bin gió nhỏ được lắp đặt ở những vùng có lưới điện mini độc lập

Dữ liệu khí tượng thủy văn do Viện khí tượng và Thủy văn quốc gia Việt nam (VNIHM) và Cục Quản lý Hải dương học và khí tượng quốc gia Mỹ (NOOA), từ năm 1994 đã có kết nối với 24 trạm khí tượng thủy văn ở Việt Nam để thu thập dữ liệu thủy văn [3]

Nghiên cứu của ngân hàng thế giới chỉ ra rằng Việt Nam là nước có tiềm năng gió lớn nhất trong 4 nước trong khu vực: hơn 39% tổng diện tích của Việt Nam được ước tính là có tốc độ gió trung bình hằng năm lớn hơn 6m/s ở độ cao 65m, tương đương với tổng công suất 512GW Đặc biệt, hơn 8% diện tích Việt Nam được xếp hạng có tiềm năng gió rất tốt

Bảng 1.1 Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 65m so với mặt đất

Nguồn: TrueWind Solutions, 2000 Bản đồ tài nguyên gió Đông Nam Á

Tốc độ gió trung

bình

Thấp Trung bình Tương đối cao Cao Rất cao

<6 m/s 6-7 m/s 7-8 m/s 8-9 m/s > 9 m/s Diện tích (km2) 197.242 100.367 25.679 2.178 111 Diện tích (%) 60,60% 30,80% 7,90% 0,70% > 0% Tiềm năng (MW) 401.444 102.716 8.748 452 Theo đánh giá tiềm năng về năng lượng gió của EVN thực hiện so với của Ngân hàng thế giới cho thấy tiềm năng ít hơn nhiều và mang tính thực tiễn hơn

Bảng 1.2 So sánh vận tốc gió trung bình của EVN và Bản đồ thế giới

Vận tốc gió trung bình ở độ cao 65m trên mặt đất (m/s)

Bộ Công Thương với sự hỗ trợ của Ngân hàng thế giới, Năm 2007 đã tiến hành đo gió tại 3 điểm góp phần vào xác định tiềm năng gió tại Việt Nam Chương trình được tư vấn quốc tế AWS TruePower và GPCo phối hợp với công ty tư vấn điện 3 (PECC3) tiến hành trong 2 năm Kết quả đo đạt lần này và các số liệu khác đã được

Bộ Công Thương sử dụng để cập nhật atlas gió cho Việt nam, đơn vị thực hiện là AWS TruePower – Tiền thân của TrueWind Solutions – cũng là đơn vị xây dựng atlas cho 4 quốc gia trong đó có Việt Nam năm 2001 Bản đồ tài nguyên gió và bảng tổng hợp kết quả đánh giá cho độ cao 80m được thực hiện

Bảng 1.4 Phân bố tài nguyên gió ở độ cao 80m

(%)

60,60

% 30,80% 7,90% 0,70% > 0% 0,70% > 0% Tiềm năng

102.71

6 8.748 452 8.748 452 Nguồn: AWS TruePower, 2011 Windresource atlas of Vietnam

Hình 1.1 Bản đồ tốc độ gió Việt Nam ở độ cao 60m

Hình 1.2 Bản đồ tốc độ gió Việt Nam ở độ cao 80m

Hình 1.4 Bản đồ tốc độ gió Việt Nam ở độ cao 100m

1.1.1.1 Đánh giá tiềm năng năng lượng gió theo tốc độ gió và độ cao

Trước khi triển khai dự án khai thác năng lượng gió một khu vực nào đó cần đánh giá, khảo sát tiềm năng gió của khu vực đó theo lý thuyết đồng thời cũng phải đánh giá được dải tốc độ gió có phù hợp với đặt tính khai thác gió của tua bin Sau đó cần tính toán sự suy hao của năng lượng gió do các điều kiện địa lý, địa hình của khu vực Trong phân tích số liệu gió để đánh giá tiềm năng gió bao gồm sự phân bố tốc

độ gió trung bình và hệ số mẫu năng lượng, trong đó yếu tố tốc độ gió trung bình giữ vai trò quyết định.[4]

Hình 1.5 Sơ đồ phân bố gió tốc độ trung bình ven bờ biển Việt Nam ở độ cao 10m

và 100m tại các trạm khí tượng

Theo số liệu tại hình 1.5 trên đây cho thấy tốc độ gió ở tần cơ bản (10m) tại các trạm khí tượng ở vùng ven biển là khá nhỏ dưới (4m/s) trừ các khu vực như Nha Trang, Phan Thiết Các khu vực hải đảo thuộc loại tiềm năng trung bình khá (trên 4m/s) Riêng các đảo xa bờ (Phú Quý và Bạch Long Vĩ) có tiềm năng đáng khả thi tốc độ gió đạt trên 6m/s

Đồng thời tiềm năng gió ở độ cao 100m tại cúng vùng ven bờ và hải đảo của Việt Nam khá tốt với tốc độ gió trung bình trên 6m/s tại các vùng ngoài khơi các tỉnh Quảng Ninh, Hải Phòng (xung quanh các đảo Cô Tô, Hòn Dấu, Bạch Long Vĩ) và xung quanh các đảo gần bờ Vùng ven bờ biển các tỉnh Nam Trung Bộ từ Khánh Hòa đến Bình Thuận, vùng ven biển các tỉnh Nam Bộ như Bến Tre có tốc độ gió

độ năng lượng gió 673W/m2 Tuy nhiên mật độ phân bố năng lượng gió không đồng đều giữa các mùa, mật độ mùa gió có thể gấp đôi hoặc gấp bốn mùa còn lại, mùa đông sẽ có mật độ gió lớn hơn mùa hạ Đây cũng là hạn chế bất lợi cho việc khai thác nguồn năng lượng gió tại Việt nam

Hình 1.6 Sơ đồ phân bố mật độ năng lượng gió trung bình theo mùa vùng ven bờ

biển Việt Nam ở độ cao 100m

Trong thực tế khai thác năng lượng gió thì các vùng có mật độ gió trung bình dưới 100W/m2 thì hiệu quả khai thác không cao Do vậy chỉ quan tâm khai thác khi mật

độ gió trung bình lớn hơn 100W/m2 hay vận tốc gió trung bình năm từ 5m/s trở lên Những vùng có mật độ năng lượng gió trung bình lớn hơn 300W/m2 hay vận tốc

gió trung bình năm từ 7m/s trở lên có tiềm năng khai thác tốt, có thể sử dụng loại tua bin có công suất lớn

1.1.2 Một số dự án điện gió đã và đang triển khai

Hiện nay Công ty cổ phần năng lượng tái tạo (REVN) đang vận hành hệ thống 20 tua bin gió với công suất 1,5MW/tua bin đã hoàn thành giai đoạn 1 với tổng công suất 30 MW từ tháng 5 năm 2011 và tiếp tục triển khai ở giai đoạn 2 tại Tuy Phong Bình Thuận Trong giai đoạn 2 Công ty triển khai xây lắp tiếp tục 60 tua bin gió nâng tổng công suất dự án lên đến 120 MW

Ngoài dự án của công ty REVN, tại Bình Thuận còn nhiều dự án khác hiện đang triển khai ở các giai đoạn khác nhau Tại Ninh Thuận hiện đang có 9 nhà đầu tư cả trong nước và nước ngoài như dự án điện gió Mũi Dinh gồm 16 tua bin với tổng công suất 37,5MW sẽ đưa vào hoạt động trong năm 2017; dự án Nhà máy điện gió Đầm Nại với 15 tua bin tổng công suất 40MW dự kiến sẽ hoàn thành trong năm

2018

Tại Bến Tre xúc tiến 7 dự án điện gió, trong đó dự án điện gió Ba Tri (110MW); dự

án điện gió Thạnh Hải (230MW)

Tại Tỉnh Bạc Liêu các dự án điện gió cũng triển khai khá sôi nổi như Dự án điện gió Bạc Liêu khởi công vào năm 2010 tổng số 62 trụ tua bin với tổng công suất 100MW đã chính thức đưa vào vận hành từ tháng 5 năm 2013

Bảng 1.5 Tổng hợp các dự án điện gió đã và đang triển khai

Với hiện trạng: TR = Báo cáo đầu tư; IP = Dự án đầu tư; TD = Thiết kế kỹ thuật; C

= Đang xây dựng; IO = Đang vận hành

1mph = 1,609344 km/h = 0,8690 kn = 0,447 m/s

Hướng gió là chiều chuyển động của không khí thổi đến điểm quan trắc và thường

là từ vùng áp cao đến vùng áp thấp Hướng gió được biểu thị bằng phương vị Đông, Tây, Nam, Bắc hoặc theo góc là lấy hướng Bắc làm mốc ở vị trí 00 hoặc 3600 và

Cấp gió theo Beaufort

đu đưa

Biển có sóng nhỏ nhưng vằn sóng không bể

3 Gió yếu 3,4 – 5,4

Lá cây reo, cành cây nhỏ bắt đầu rung

Vằn sóng biển bắt đầu bể, thỉnh thoản có bọt sóng nhỏ

Sóng biển còn nhỏ, bọt sóng xuất hiện đều

5 Gió hơi

mạnh 8,0 – 10,7

Những thân cây nhỏ bắt đầu rung

Sóng biển trung bình, bọt sóng xuất hiện nhiều

Gió làm gãy cành cây

Sóng biển dài và cao, bọt sóng lớn tạo thành đường theo hướng gió

Gió bắt đầu gây thiệt hại, mái bắt đầu có thể bay khỏi nốc nhà

Biển động, sóng biển cao, bọt sóng dày, khả năng nhìn xa bắt đầu bị hạn chế

Gió gây thiệt hại lớn, có thể tàn phá nhà cửa, đường sá

Không khí trên biển chỉ có bọt nước mặt biển phủ bọt sóng, không còn khả năng nhìn xa

1.2.2 Số liệu gió, cột đo gió và hướng gió

Số liệu gió dùng trong nhiều mục đích khác nhau như dự báo mưa bão, thời tiết trong nông nghiệp, ngư nghiệp, hàng không và các mục đích khác Trong công nghiệp điện gió, số liệu về vận tốc gió cần có độ chính xác cao Theo phân tích, khi

số liệu có sai số về tốc tộc thấp hơn 3% có thể ảnh hưởng đến tính kinh tế của toàn

bộ dự án đầu tư do vậy cần đầu tư xây dựng các cột gió có độ chính xác cao và áp dụng phương pháp đo theo tiêu chuẩn quốc tế Để có số liệu chính xác cần thực hiện quan trắc từng 10 phút trong thời gian ít nhất là 1 năm để so sánh số liệu với các trạm thủy văn khác nhầm tránh sai số Tốc độ gió trong năm luôn các nhau tùy theo mùa, đôi khi số liệu này có thể sai khác lên đến 20%

Tùy theo dự tính độ cao của cánh quạt mà đặt cột đo gió có độ cao dao động từ 90 đến 135 mét Tùy vào yêu cầu độ chính xác mà ngoài cột đo gió trung tâm cần lắp thêm các cột khác trong phạm vi 10km

Thông thường cột đo gió gồm những bộ phận như cột sắt, thiêt bị đo gió (anemometer), đuôi Chong chóng (weather vane) hiển thị hướng gió, nhiệt kế, thiết

bị đo độ ẩm không khí và phong vũ biểu (baronometer) Ngoài ra tùy theo yêu cầu

có thể có thêm những chức năng khác như đo độ giáng thủy, đo tia (pyranometer) dưới chân cột nhưng những chức năng này không quan trọng đến việc đánh giá tiềm năng gió khu vực

Số liệu của cột đo gió phải được truyền đến trạm tiếp nhận chính xác và đầy đủ thông thường qua mạng không dây GSM-GPRS hoặc vệ tinh

Hình 1.7 Nguyên tắc cột đo gió và tua bin gió

- Thanh giữ thiết bị đo gió phải được đặt tại vị trí mà cột che hướng gió chính

- Việc chỉnh thiết bị theo hướng gió phải được thực hiện chính xác

- Việc mất số liệu trong thời gian nào đó phải được hạn chế và loại bỏ bằng nguồn điện dự phòng

- Có bộ phận chống sét hiệu quả

Khi một khối lượng gió thổi vào tua bin điện gió làm quay cánh quạt, năng lượng gió chuyển vào cánh quạt thành cơ năng Nguồn năng lượng gió thổi vào cánh quạt phụ thuộc vào tốc độ gió, mật độ không khí và diện tích đón gió của cánh quạt

Cơ năng E của khối không khí chuyển động m (kg) chuyển động với vận tốc υ

(m/s) là:

2

1 2

Trong đó: E: Cơ năng của năng lượng gió (N.m)

m: Khối lượng không khí (kg)

Công suất P thu được lệ thuộc vào khối lượng không khí chuyển động, tốc độ gió,

m: Khối lượng không khí (kg/s)

υ: Tốc độ gió (m/s)

Với sự khác biệt của tốc độ gió tại cánh quạt và sau cánh quạt thì:

bin có thể thu được:

1

3 1

lực cản gió và hệ số công suất sẽ là:

112

p

C

Khi tua bin điện gió có diện tích cản cố định A, công suất thu được không bị thất

không khác biệt thì tua bin điện gió chỉ cò thể thu được từ cánh quạt với hệ số công suất Cp tối đa là :

3 1

Để tính cống suất điện có thể thu được phải tính đến hệ số công suất của máy phát

và hệ số công suất của hộp số do vậy công suất điện sẽ là:

3 1

Trong đó:

: Hệ số công suất của máy phát điện và hộp số

Như vậy ta thấy tốc độ gió ảnh hưởng rất lớn đến công suất tua bin, khi tốc độ tăng

2 lần thì công suất tăng theo lũy thừa bậc 3 của vận tốc Ngoài ra nhiệt độ không khí cũng là yếu tố quan trọng vì mật độ của không khí lạnh cao hơn mật độ của không khí nóng và cũng lệ thuộc vào áp suất Sự thất thoát năng lượng còn do nhiều nguyên nhân như xáo động không khí ở đầu cánh quạt cũng như ảnh hưởng ma sát

cơ học của hệ thống trục quay và những bộ phận khác của tua bin gió

Cánh quạt được thiết kế theo nguyên tắc cơ bản về khí động lực học và định luật Bezt, vì thế hình dạng cách quạt là yếu tố quan trọng để tua bin gió có thể đạt được công suất cao nhất Cấu hình cánh quạt được thiết kế dài, có bề mặt cong để thân cánh có được diện tích đón gió cao, tăng lực tác động F và giảm lực cản Fc như hình 1.8 và tại dầu nhọn của cánh quạt, nơi mà tốc độ quay cao nhất của cánh phải

có lực ma sát bé nhất

Hình 1.8 Thiết diện cánh quạt, lực tác động F và lực cản Fc

Để điều chỉnh mặt đón gió của cánh quạt, những tua bin điện gió hiện đại thường có

hình 1.10

Hình 1.10 Dòng gió di chuyển vào cánh quạt

Khi cánh quạt nằm ngang theo chiều gió hoặc lệch khoảng 30, lực tác động F sẽ phân bố đều lên tiết diện như hình 1.11

Hình 1.11 Sự phân bố lực tác động F và cánh quạt với góc α ≤ 3 0

Cũng theo nguyên tắc khí động lực học, khi dòng gió thổi vào cánh quạt, dòng gió bị phân tán và áp suất ở mặt trên sẽ thấp hơn áp suất mặt dưới, sự khác biệt vùng áp suất tạo ra một lực tác động F luôn thẳng đứng với dòng tác động vào cánh quạt Lực tác động này là nguyên nhân quay cánh quạt

đến 190

, lực tác động F sẽ tăng cao hơn lực cản Fc rất nhiều (lực cản Fc được tạo ra

từ ma sát của dòng gió trên bề mặt cánh quạt)

Hình 1.12 Sự phân bố lực tác động F vào cánh quạt với góc α ≤ 20 0

200

tích (chiều rộng và chiều dài cánh quạt) của dòng gió đi qua và tốc độ gió

2.1.3 Hình thức thực hiện dự án

Hình thức đầu tư BOO (Xây dựng – Sở hữu – Kinh doanh), chủ đầu tư là Công ty CP điện gió Đầm Nại sẽ xây dựng, nghiệm thu, đưa vào sản xuất kinh doanh

2.2 Các số liệu khảo sát của Phong điện Đầm Nại

Khi thực hiện một dự án điện gió, nhà đầu tư cần thực hiện gồm nhiều giai đoạn và cần triển khai những bước như sau:

- Tìm kiếm, lựa chọn, khảo sát thực địa

- Đánh giá tính khả thi của dự án (Bao gồm lấy cả hợp đồng mua bán điện với EVN làm cơ sở đầu ra cho dự án)

- Chuẩn bị và trình lập kế hoạch ứng dụng

- Xây dựng công trình

- Hoạt động sản xuất

- Ngừng hoạt động và khôi phục hiệu lực sử dụng đất

Như vậy quá trình triển khai thực hiện dự án phải tiến hành nhiều khâu Trong phạm vi luận văn này, tác giả chỉ trình bày ở bước đánh giá tính khả thi của dự án

và lựa chọn công suất tuabin gió

2.2.1 Đánh giá tiềm năng gió của khu vực

2.2.1.1 Tiềm năng gió khu vực tỉnh Ninh Thuận

Theo khảo sát bước đầu của các chuyên gia, Ninh Thuận là nơi có nguồn năng lượng gió phong phú, có khả năng xây dựng các cánh đồng điện gió với quy

mô công nghiệp

- Tài liệu “Wind Energy Resource Atlas of Southeast Asia” của ngân hàng thế giới tháng 9 năm 2001 Theo tài liệu này, khu vực xã Bắc Phong, Bắc Sơn, huyện Thuận Bắc và xã Tân Hải, Phương Hải, huyện Ninh Hải nằm trong khu vực có vận tốc gió bình quân ở độ cao 65m từ 7,0÷8,0m/s

- Theo “Quy hoạch năng lượng gió để phát triển điện tại các tỉnh duyên hải Việt Nam” do Tập đoàn Điện lực Việt Nam tài trợ thực hiện Số liệu gió đo thực tế tại cột đo gió lắp dựng tại xã Phước Minh, huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận đo được tốc độ gió trung bình ở độ cao 60m là 7,1 m/s, tốc độ gió thay đổi theo từng tháng, có tháng tốc độ gió trung bình khoảng 9,6 m/s

- Theo phê duyệt quy hoạch phát triển điện gió tỉnh Ninh Thuận giai đoạn

2011-2020, tầm nhìn đến 2030 thì tiềm năng phát triển điện gió tại Ninh Thuận như sau:

Bảng 2.1 Khu vực tiềm năng phát triển năng lượng gió tại Tỉnh Ninh Thuận

Xã Phước Bình, Phước Hòa, Phước Tân, Phước Tiến, Phước Đại, Phước Chính, Phước Thành, Phước Trung

Xã Phước Bình, Phước Hòa, Phước Tân, Phước Tiến, Phước Đại, Phước Chính, Phước Thành, Phước Trung

Huyện

Thuận

Nam

Phước Dinh, Phước Minh, Phước Diêm, Cà Ná

Minh, Phước Diêm, Cà Ná

Phước Minh, Phước Diêm, Cà Ná

Huyện

Ninh Sơn

Lâm Sơn, Quảng Sơn, Hòa Sơn, Hòa Sơn, Ma Nới

Hòa Sơn, Ma Nới

Huyện

Thuận

Bắc

Hải, Bắc Phong, Bắc Sơn

Hải, Bắc Phong, Bắc Sơn

Phước Hải

Công suất

dự kiến (MW)

Vùng 1

Huyện Thuận Bắc (Xã Công Hải, Lợi Hải, Bắc

Phong) và Huyện Ninh Sơn (xã Nhơn Sơn, Mỹ

Sơn) và Huyện Ninh Hải (Xã Xuân Hải), Huyện

Bác Ái (Xã Phước Trung)

Vùng 3

Huyện Ninh Phước (Xã Phước Vinh, Phước Sơn,

Phước Hậu, Phước Thái, Phước Hữu) và Thuận

Nam (Phước Ninh, Phước Minh, Nhị Hà)

Vùng 4

Vùng ven biển huyện Ninh Phước (xã Anh Hải,

Phước Hải, Thị trấn Phước Dân, Phước Thuận) và

Thuận Nam (Phước Nam, Phước Minh, Phước

Dinh, Phước Diêm)

Qua những số liệu về gió, số liệu của Đài Khí tượng Thủy văn và qua các kết quả thu được từ các dự án đo gió khác trên khu vực, có thể khẳng định rằng tiềm năng gió khu vực thuộc loại lớn nhất ở Việt Nam và có tính khả thi xây dựng nhà máy điện gió với quy mô lớn

Hình 2.2 Bản đồ tốc độ gió Ninh thuận so với với các tỉnh trong nước

(Nguồn: Wind Resource Atlas of Southeast Asia)

2.2.1.2 Tiềm năng gió tại khu vực dự án

Từ tháng 05 năm 2015 Công ty Cổ phần điện gió Đầm Nại đã tiến hành khảo sát, lắp đặt cột đo gió trong khu vực dự án thuộc xã Phương hải, huyện Ninh Hải nhằm

có cơ sở đánh giá chính xác tiềm năng gió khu vực

Bảng 2.3 Thống kê số liệu trung bình tháng

Đơn vị: m/s

Độ cao

/Tháng T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 TB 50m A 8,3 10,9 6,9 4,3 4,2 3,4 3,4 3,6 3,0 4,9 7,5 9,6 5,2

Hình 2.3 Biểu đồ vận tốc gió theo tháng và theo ngày 2.2.2 Phân tích số liệu gió

2.2.2.1 Số liệu gió

a Số liệu gió dài hạng tại trạm KTTV Phan rang ở độ cao 12m

Tốc độ gió lớn nhất trạm Phan Rang từ năm 1994 – 2014 theo tháng:

Bảng 2.4 Thống kê tốc độ lớn nhất Phan Rang từ năm 1994 đến 2014

Hình 2.4 Biểu đồ vận tốc gió lớn nhất năm – Trạm khí tượng Phan rang

b Chuỗi số liệu gió từ số liệu của NASA

Bảng 2.5 Thống kê tốc độ lớn nhất Phan Rang từ năm 1994 -2014 của NASA