Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại tỉnh thanh hóa

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐẶNG MAI HẢI

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ
TẠI TỈNH THANH HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN - 2022


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐẶNG MAI HẢI

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ
TẠI TỈNH THANH HÓA

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 852.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:
TS. Đặng Danh Hoằng

Thái Nguyên - 2022

i

LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên: Đặng Mai Hải
Học viên: Lớp cao học K22, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại
học Thái Nguyên.
Nơi công tác: Công ty Điện lực Thanh Hóa
Tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện
sức gió tại tỉnh Thanh Hóa”.
Chun ngành: Kỹ thuật điện
Tơi xin cam đoan những vấn đề được trình bày trong bản luận văn này
là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, dưới sự hướng dẫn của TS. Đặng
Danh Hoằng và sự giúp đỡ của các cán bộ Khoa Điện, Trường Đại học Kỹ thuật
Công Nghiệp - Đại học Thái Ngun. Mọi thơng tin trích dẫn trong luận văn
này đã được ghi rõ nguồn gốc.
Tôi xin hịan tồn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận văn này.
Thái Nguyên, ngày 12 tháng 5 năm 2022
Học viên thực hiện

Đặng Mai Hải


ii

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian nghiên cứu thực hiện luận văn này tôi luôn nhận
được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của TS. Đặng Danh Hoằng, người trực tiếp
hướng dẫn luận văn cho tôi. Tôi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành và sâu sắc
tới thầy.

Tơi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ, kỹ thuật viên trường
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện tốt nhất
để tơi có thể hịan thành đề tài nghiên cứu này. Tơi cũng xin chân thành cảm
ơn những đóng góp q báu của các bạn cùng lớp động viên và giúp đỡ tơi
trong q trình thực hiện đề tài. Xin gửi lời chân thành cảm ơn đến các cơ quan
xí nghiệp đã giúp tơi khảo sát tìm hiểu thực tế và lấy số liệu phục vụ cho luận
văn.
Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, đồng
nghiệp và bạn bè đã ln động viên, khích lệ, chia sẻ khó khăn cùng tơi trong
suốt q trình học tập và nghiên cứu hòan thiện luận văn này.
Thái Nguyên, ngày 12 tháng 5 năm 2022
Học viên

Đặng Mai Hải


iii

MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt

vii

Danh mục các bảng biểu

ix

Danh mục các hình vẽ, sơ đồ và biểu đồ

x

Mở đầu

1

Chương 1. TỔNG QUAN THỰC TRẠNG SỬ DỤNG

4

NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ TẠI TỈNH THANH HĨA
1.1. Tổng quan nguồn năng lượng gió của Việt Nam

4

1.1.1. Điện gió ngồi khơi

10

1.1.2. Điện gió trên đất liền

11

1.1.3. Khả năng thay thế được các nguồn điện truyền thống

12

1.2. Thực trạng nguồn năng lượng gió tại khu vực tỉnh Thanh 14
Hóa
1.3. Kết luận chương 1
Chương 2 . XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN HỆ

20
22

THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN SỨC GIĨ
2.1. Khái qt về hệ thống năng lượng gió và lựa chọn đối tượng 22
điều khiển
2.2. Nguyên lý điều khiển của hệ thống phát điện sức gió sử 26
dụng máy điện không đồng bộ nguồn kép
2.2.1. Điều khiển turbine

27

2.2.2. Điều khiển Crowbar hoặc Stator switch

29

2.2.3. Điều khiển phía lưới và phía máy phát

30


iv

2.3. Cấu trúc điều khiển hệ thống máy phát điện sức gió
2.3.1. Mơ hình điều khiển nghịch lưu phía máy phát

30
32

2.3.1.1. Biểu diễn vectơ không gian các đại lượng 3 pha 32
2.3.1.2. Mơ hình trạng thái liên tục phía máy phát

34

2.3.2. Các biến điều khiển công suất tác dụng và phản 39
kháng phía máy phát
2.4. Kết luận chương 2
Chương 3. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MÁY

44
45

PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI
3.1. Thiết kế bộ điều khiển PID cho phía máy phát
3.1.1. Tổng quan về bộ điều khiển PID

45
47

3.1.1.1. Thiết kế bộ điều khiển trên cơ sở hàm quá độ 48
h(t)
3.1.1.2. Thiết kế điều khiển ở miền tần số

50

3.1.1.3. Phương pháp thực nghiệm

54

3.1.1.4. Phương pháp chọn điện trở tích cực [10]

54

3.1.2. Tổng hợp bộ điều khiển dòng PID

54

3.1.2.1. Cơ sở để áp dụng thiết kế bộ điều khiển dòng 54
PID
3.1.2.2. Thiết kế bộ điều khiển PID

57

3.1.3. Các bộ điều chỉnh số cho các mạch vòng điều khiển 59
ngồi
3.1.4. Tính tốn giá trị thực và giá trị đặt

3.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ lai

60
61

3.2.1. Tổng quan hệ logic mờ và điều khiển mờ [3]

61

3.2.2. Hệ Logic mờ

61

3.2.2.1. Khái niệm về tập mờ

61


v

3.2.2.2. Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ
3.2.3. Bộ điều khiển mờ

62
70

3.2.3.1. Bộ điều khiển mờ động

70

3.2.3.2. Điều khiển mờ thích nghi

71

3.2.3.3. Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều 72
khiển PID
3.2.4. Thiết kế bộ điều khiển mờ lai

77

3.2.4.1. Phương pháp thiết kế

77

3.2.4.2. Mờ hóa

77

3.2.5. Luật và giải mờ

78

3.3. Tổng hợp bộ điều khiển phía lưới

78

3.4. Kết luận chương 3

79

Chương 4. MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ 80
THỐNG
4.1. Mô phỏng hệ thống

80

4.2. Đánh giá chất lượng bằng mô phỏng Matlab/Simulink

80

4.2.1. Sơ đồ mô phỏng

80

4.2.2. Kết quả mô phỏng và so sánh bộ điều khiển mờ lai 84
với bộ điều khiển PID kinh điển
4.2.2.1. Khi máy phát làm việc ở tốc độ định mức 84
(950v/ph)
4.2.2.2. Khi máy phát làm việc ở tốc độ trên đồng bộ 87
(1100v/ph)
4.2.2.3. Khi máy phát làm việc ở tốc độ dưới đồng bộ 88
(800v/ph)
4.3. Kết luận chương 4
Kết luận và kiến nghị

89
90


vi

Tài liệu tham khảo

92


vii

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Thuật ngữ đầy đủ

Chữ viết tắt

Chú thích
Phần mềm mơ

WEST

Wind Energy Simulation Toolkit

phỏng về năng
lượng gió

LCOE

levelized cost of electricity

EVN

Tập đồn Điện lực Việt Nam

NLPL

Điều khiển nghịch lưu phía lưới

NLMP

Điều khiển nghịch lưu phía máy phát

ĐCVTKG

Điều chế véctơ khơng gian

PID

Proportional Integral Derivative

DFIG

Doubly Fed Induction Generator

F-PID

Hệ mờ lai

ADC

Analog-to-Digital Converter

DSP

Thiết bị điều khiển số

MF

Máy phát

MĐKĐBNK

Máy điện khơng đồng bộ 3 pha
nguồn kép

MĐN

Máy đóng ngắt

HS

Hộp số

Giá so sánh tiêu
chuẩn của điện năng

Bộ điều khiển vi
tích phân tỉ lệ
Điều khiển dịng
máy điện gió
khơng đồng bộ
nguồn kép

Mạch chuyển đổi
tương tự ra số


viii

IE

Thiết bị đo tốc độ

MBA

Máy biến áp

Matlab

Matrix Laboratory

Phần mềm mô
phỏng
Công cụ trong
Matlab để mô

Simulink

phỏng
Công suất phản

Q

Reactive power

P

Potestas

PF

Power factor

Hz

Hertz

Đơn vị đo tần số

W

Watt

Đơn vị đo công suất

m/s

Meet/second

kháng
Công suất tác dụng
Hệ số

công suất

Đơn vị đo vận tốc
Đơn vị

Var

Volt-ampere reactive

công suất
phản kháng


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Số hiệu
Bảng 1

Nội dung bảng biểu
So sánh vận tốc gió trung bình của EVN và Bản đồ gió
thế giới đối với Thanh Hóa

Trang
18


x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ VÀ BIỂU ĐỒ

Số hiệu

Nội dung

Trang

Hình 1.1

Hệ thống các máy phát điện sức gió chạy dọc theo khu
vực ven biển

6

Hình 1.2

Đồ thị cơng suất điện (We) của tua bin ở tốc độ gió
(m/s) khác nhau

9

Hình 1.3

Đồ thị phân bố các nguồn năng lượng điện

13

Hình 1.4

Bản đồ tài ngun gió khu vực các tỉnh phía Bắc

của Việt Nam chung và tỉnh Thanh Hóa nói riêng

15

Hình 1.5

Biểu đồ ý nghĩa của mầu sắc với nguồn năng lượng
gió

15

Hình 1.6

Sơ đồ mạng lưới các trạm khí tượng thủy văn thực
hiện đo gió

16

Hình 2.1

Hình ảnh một hệ thống điện gió trên biển (Wind farm)

22

Hình 2.2

Các cấu trúc của hệ thống phát điện sức gió trong thực
tế

23

Hình 2.3

Máy phát đồng bộ 3 pha kích thích vĩnh cửu hoặc máy
phát khơng đồng bộ 3 pha rotor lịng sóc

24

Hình 2.4

Cấu trúc hệ thống phát điện sức gió dùng máy điện
khơng đồng bộ 3 pha nguồn kép

24

Hình 2.5

Phạm vi hoạt động của MĐKĐBNK và dịng chảy
năng lượng ở chế độ máy phát

25

Hình 2.6

Hệ thống phát điện sức gió sử dụng crowbar

26

Hình 2.7

Hệ thống phát điện sức gió sử dụng stator

26

Hình 2.8

Quan hệ giữa cơng suất của turbine với tốc độ góc
quay của nó ứng với các tốc độ gió khác nhau

28

Hình 2.9

Cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện chạy sức gió sử 31
dụng MĐKĐBMK

Hình 2.10

Biểu diễn các véc tơ dịng, áp, từ thơng stator trên hệ
trục toạ độ , và d, q

33

Hình 2.11

Đồ thị véc tơ dịng, áp, từ thơng của MĐKĐBNK

41

xi

Hình 2.12

Sơ đồ cấu trúc điều khiển máy phát

42

Hình 2.13

Đồ thị véc tơ dịng, áp, từ thơng của MĐKĐBNK

43

Hình 3.1

Cấu trúc điều khiển phía máy phát bằng bộ điều khiển
PID

45

Hình 3.2

Cấu trúc điều khiển toàn hệ thống bằng bộ điều khiển
PID

46

Hình 3.3

Sơ đồ khối bộ điều khiển tuyến tính (PID)

47

Hình 3.4
Hình 3.5

Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển PID
Đồ thị quá độ

47
49

Hình 3.6

Sơ đồ hệ thống điều khiển

50

Hình 3.7

Sơ đồ cấu trúc điều khiển dòng PID cho máy phát điện
sức gió

54

Hình 3.8

Phân tích MĐKĐBNK thành động học phần điện và
phần cơ

55

Hình 3.9

Hàm thuộc biến ngơn ngữ

62

Hình 3.10

Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ

63

Hình 3.11

Luật hợp thành

64

Hình 3.12

Mờ hố

65

Hình 3.13

Thực hiện phép suy diễn mờ

66

Hình 3.14

Hợp mờ

67

Hình 3.15

Những nguyên lý giải mờ

68

Hình 3.16

Cấu trúc một hệ logic mờ

69

Hình 3.17

Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển mờ

70

Hình 3.18

Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều khiển mờ PI (2)

71

Hình 3.19

Phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp

71

Hình 3.20

Phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp

72

Hình 3.21

Phương pháp điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ
điều khiển PID

72

Hình 3.22

Bộ điều khiển mờ lai có khâu tiền xử lý mờ

73


xii

Hình 3.23

Hệ mờ với bộ học mờ cho tín hiệu chủ đạo x

74

Hình 3.24

Cấu trúc hệ mờ lai Cascade

74

Hình 3.25

Chọn bộ điều khiển thích nghi bằng khóa mờ

75

Hình 3.26

Cấu trúc điều khiển tồn hệ thống với bộ điều khiển
dịng mờ lai phía máy phát điện sức gió

76

Hình 3.27

Sự phân bố các giá trị mờ của biến vào

77

Hình 3.28

Sự phân bố các giá trị mờ của biến ra

77

Hình 3.29

Các luật điều khiển mờ

78

Hình 4.1

Sơ đồ mơ phỏng tồn hệ thống với bộ điều khiển mờ
lai

81

Hình 4.2

Các khối mơ phỏng bên trong của lưới, bộ biến đổi và
máy phát

81

Hình 4.3

Khối bộ biến đổi nghịch lưu phía lưới và phía máy
phát

81

Hình 4.4

Các vịng điều khiển ngồi để tính tốn i rd* và irq*

82

Hình 4.5

Khối tính tốn các giá trị dịng, áp, từ thơng đặt

82

Hình 4.6

Khối bộ điều khiển dịng rotor sử dụng bộ điều khiển
PID

82

Hình 4.7

Khối điều khiển phía lưới

83

Hình 4.8

Sơ đồ ngun lý xây dựng bộ điều khiển mờ lai trong
Matlab/Simulink

83

Hình 4.9

Khối bộ điều khiển dòng rotor sử dụng bộ điều khiển
mờ lai

84

Hình 4.10a

Đáp ứng dịng điện rotor của máy phát với bộ điều
khiển PID

84

Hình 4.10b

Đáp ứng dịng điện rotor của máy phát với bộ điều
khiển mờ lai

84

Hình 4.11a

Đáp ứng điện áp một pha stator của máy phát với bộ
điều khiển PID

85

Hình 4.11b

Đáp ứng điện áp một pha stator của máy phát với bộ
điều khiển mờ lai

85

Hình 4.12a

Sai lệch điện áp một pha stator của máy phát và lưới
với bộ điều khiển PID

85


xiii

Hình 4.12b

Sai lệch điện áp một pha stator của máy phát và lưới
với bộ điều khiển mờ chỉnh định PID

85

Hình 4.13a

Đáp ứng momen của máy phát với bộ điều khiển PID

86

Hình 4.13b

Đáp ứng momen của máy phát với bộ điều khiển mờ
lai

86

Hình 4.14a

Đáp ứng cơng suất Q của máy phát với bộ điều khiển
PID

86

Hình 4.14b

Đáp ứng cơng suất Q của máy phát với bộ điều khiển
mờ lai

86

Hình 4.15a

Đáp ứng dịng rotor của máy phát với bộ điều khiển
PID

86

Hình 4.15b

Đáp ứng dịng rotor của máy phát với bộ điều khiển
mờ lai

86

Hình 4.16a

Đáp ứng dòng rotor của máy phát với bộ điều khiển
PID

87

Hình 4.16b

Đáp ứng dịng rotor của máy phát với bộ điều khiển
mờ mờ

87

Hình 4.17a

Đáp ứng momen của máy phát với bộ điều khiển PID

87

Hình 4.17b

Đáp ứng momen của máy phát với bộ điều khiển mờ
lai

87

Hình 4.18a

Đáp ứng Q của máy phát với bộ điều khiển PID

87

Hình 4.18b

Đáp ứng Q của máy phát với bộ điều khiển mờ lai

87

Hình 4.19a

Đáp ứng dịng rotor của máy phát với bộ điều khiển
PID

88

Hình 4.19b

Đáp ứng dòng rotor của máy phát với bộ điều khiển
mờ lai

88

Hình 4.20a

Đáp ứng momen của máy phát với bộ điều khiển PID

88

Hình 4.20b

Đáp ứng momen của máy phát với bộ điều khiển mờ
lai

88

Hình 4.21a

Đáp ứng Q của máy phát với bộ điều khiển PID

88

Hình 4.21b

Đáp ứng Q của máy phát với bộ điều khiển mờ lai

88


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đề tài nghiên là hướng đi ứng dụng hệ thống phát điện sức gió để khai
thác nguồn năng lượng gió tại tỉnh Thanh Hóa bằng việc lựa chọn và thiết kế
hệ thống điều khiển máy phát điện sức gió nhằm đưa vào phục vụ sản xuất và
đời sống góp phần giảm tiêu hao năng lượng hóa thạch, đồng thời giảm phát
thải khí gây hiệu ứng nhà kính. Nguồn năng lượng gió phong phú với lợi thế
có nguồn gió ở các khu vực ven biển với chiều dài bờ biến lớn của tỉnh Thanh
Hóa. Bên cạnh đó việc sử dụng năng lượng gió như là một nguồn năng lượng
tại chỗ để thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống đáp ứng nhu cầu năng
lượng của các vùng dân cư không tập trung là một kế sách có ý nghĩa về mặt
kinh tế, an ninh quốc phịng và phát triển văn hố giáo dục…
Với sự phát triển mạnh của các ngành kinh tế, đặc biệt là lĩnh vực cơng
nghiệp thì nhu cầu năng lượng ngày càng lớn, năng lượng phục vụ cho hầu hết
các lĩnh vực chủ yếu là điện năng. Hiện nay năng lượng điện chủ yếu được tạo
ra bởi các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch và đang gặp nhiều vấn đề
như: các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần bị cạn kiệt, sử dụng các nhiên
liệu hóa thạch gây ra nhiều tác hại xấu đến môi trường sống và tạo ra nhiều
nguy cơ đối với trái đất và toàn bộ hệ sinh vật sống trên trái đất, … Trước tình
hình đó, nhiều nguồn năng lượng sạch, năng lượng tái tạo đã được khai thác
như năng lượng mặt trời, thủy năng, thủy triều, năng lượng gió, … Một trong
những nguồn năng lượng tái tạo mà Việt Nam có nhiều tiềm năng lớn nhưng
việc khai thác cịn hạn chế đó là nguồn năng lượng gió. Với một dải bờ biển
dài có tiềm năng lớn về gió của tỉnh Thanh Hóa, đây được xem là điều kiện để
xây dựng các hệ thống phát điện sức gió, góp phần bổ sung một phần công suất
điện vào mạng điện của tỉnh, của quốc gia đồng thời cũng giảm thiếu ô nhiễm
môi trường khi có thể giảm cơng suất của các hệ thống phát điện sử dụng nhiên
liệu hóa thạch.
Với những lý do trên, việc nghiên cứu để ứng dụng khai thác nguồn năng

lượng ở các vùng ven biển của tỉnh Thanh Hóa nhằm tăng nguồn năng lượng


2

cho tương lai là rất cần thiết và có tính thực tiễn. Vì vậy, tác giả lựa chọn đề
tài: “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại tỉnh Thanh Hóa”.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu về tiềm năng phát triển năng lượng gió tại tỉnh Thanh Hóa
nói chung và cùng ven biển nói riêng.
- Lựa chọn ứng dụng hệ thống phát điện sức gió có thể triển khai tại các
khu vực ven biển tỉnh Thanh Hóa.
- Thiết kế cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện sức gió.
- Mơ phỏng, đánh giá chất lượng hệ thống.
3. Kết quả dự kiến
- Cấu trúc và thuật tốn điều khiển hệ thống phát điện sức gió.
- Kết quả mô phỏng, đánh giá chất lượng hệ thống.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Tiềm năng năng lượng gió tại tỉnh Thanh Hóa;
- Hệ thống phát điện sức gió.
5. Cơng cụ, thiết bị nghiên cứu
Máy tính và phần mềm mơ phỏng Matlab/Simulink.
6. Bố cục luận văn
Ngồi các phần Mở đầu, Kết luận và hướng phát triển, Tài liệu tham khảo,
Phụ lục, luận văn bao gồm 4 chương sau:
Chương 1: Tổng quan thực trạng sử dụng nguồn năng lượng gió tại tỉnh
thanh hóa
Chương 2: Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống máy phát điện sức gió
Chương 3: Thiết kế điều khiển hệ thống máy phát điện sức gió bằng bộ
điều khiển mờ lai

3

Chương 4: Mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống
Kết luận và kiến nghị.


4

Chương 1
TỔNG QUAN THỰC TRẠNG SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIĨ
TẠI TỈNH THANH HĨA
1.1. Tổng quan nguồn năng lượng gió của Việt Nam
Điện gió - là một lĩnh vực của ngành năng lượng, chuyên về chuyển đổi động
năng của không khí trong khí quyển thành điện năng, cơ năng, nhiệt năng, hay một
dạng năng lượng khác để phục vụ cho nền kinh tế. Việc chuyển đổi này được thực
hiện bằng các tổ hợp thiết bị, như máy phát điện bằng tua bin gió (để thu được điện
năng), cối xay gió (để thu được cơ năng), cánh buồm (trong vận tải), v.v...
Năng lượng gió có được nhờ hoạt động của mặt trời, vì vậy thuộc dạng tự tái
tạo, dễ tiệm cận, sạch về sinh thái và có chi phí vận hành thấp. Các trạm điện tua bin
gió lớn thường được nối với hệ thống điện, các trạm nhỏ hơn thường được xây dựng
và vận hành để cung cấp điện cho những vùng ở xa lưới điện.
Mới đây, Thủ tướng Chính phủ đã đồng ý bổ sung các dự án điện gió vào quy
hoạch phát triển điện lực theo đề nghị trước đó của Bộ Cơng Thương với lý do
nhiều nguồn điện than đang bị chậm tiến độ.
Theo tính tốn nhu cầu của Bộ Cơng Thương, đến năm 2025, nguồn điện gió
cần bổ sung quy hoạch ở phương án cao là 11.630 MW, chiếm đến 20% tổng nguồn
điện cả nước. Tức là ngồi 4.800 MW đã được bổ sung quy hoạch thì có thêm khoảng
7.000 MW dự án mới được tiếp tục bổ sung.

Cùng với phát triển các dự án điện gió, Bộ Công Thương cũng đề xuất hàng loạt
dự án truyền tải điện do Tập đoàn Điện lực Việt Nam thực hiện để đồng bộ giải tỏa
cơng suất điện gió.
Với bờ biển dài hơn 3.260 km, từ các tỉnh duyên hải miền Trung: Bình Thuận,
Ninh Thuận, Khánh Hịa, Bình Định, Phú Yên, Quảng Trị, Quảng Bình, Nghệ An,
Hà Tĩnh, ra đến Thanh Hóa, Hải Phịng, tiềm năng điện gió của Việt Nam là rất lớn.
Số liệu khảo sát của Ngân hàng Thế giới cho thấy, hàng năm, lượng ánh nắng mặt


5

trời của vùng này là từ 2.000 giờ đến 2.500 giờ và riêng sức gió tạo nên điện, nếu quy
thành công suất điện dùng là 513.360 megawatt (MW). Việt Nam có khoảng 17.400
ha được đánh giá là thích hợp cho các dự án, cơng trình xây dựng phát triển năng
lượng gió. Ninh Thuận và Bình Thuận có tiềm năng phong điện lớn nhất.

Hình 1.1: Hệ thống các máy phát điện sức gió chạy dọc theo khu vực ven biển
Ưu thế dễ thấy nhất của nguồn điện gió là khơng tiêu tốn nhiên liệu, không gây
ô nhiễm môi trường. Việc lắp đặt các trạm phong điện cịn có ưu điểm là dễ chọn địa
điểm và tiết kiệm đất xây dựng. Ưu điểm này còn thể hiện ở việc tránh được chi phí
xây dựng đường dây tải điện do các trạm phong điện có thể đặt gần nơi tiêu thụ. Ngày
nay, phong điện đã trở nên phổ biến, thiết bị được sản xuất hàng loạt, cơng nghệ lắp
ráp đã hồn thiện. Chi phí cho việc hồn thành một trạm phong điện hiện nay đã giảm
rất nhiều, so với khoảng 30 năm trước.
Những mỏm núi, đồi hoang không sử dụng được cho nông nghiệp, cơng nghiệp
cũng có thể đặt được các trạm phong điện. Trường hợp này không cần làm trụ đỡ cao,
tiết kiệm đáng kể chi phí xây dựng. Trên mái nhà cao tầng cũng có thể lắp đặt trạm
phong điện, cung cấp điện cho các nhu cầu trong nhà và thậm chí cho cả thành phố.

6

Ngay tại các khu chế xuất, khu công nghiệp cũng có thể đặt các trạm phong điện. Nếu
tận dụng khơng gian phía trên các nhà xưởng để đặt các trạm phong điện thì sẽ giảm
tới mức thấp nhất diện tích đất xây dựng và chi phí làm đường dây diện.
Chẳng hạn, điện khí hóa ngành đường sắt là xu hướng tất yếu của các nước công
nghiệp. Ở Việt Nam, chỉ cần đặt với khoảng cách 10 km một trạm phát điện gió với
cơng suất 4.800 KW dọc các tuyến đường sắt là đủ điện năng cho tất cả các đoàn tàu
hoạt động.
Ở nhiều quốc gia, nguồn năng lượng tái tạo được xây dựng để thay thế cho
nguồn thiếu hụt và phải nhập khẩu. Do đó, dự án năng lượng tái tạo được xây dựng
nhằm phục vụ nhu cầu tại chỗ. Còn ở Việt Nam, các dự án điện mặt trời và điện gió
được xây dựng ở những khu vực đáp ứng điều kiện tự nhiên, đất đai nhưng lại khơng
có nhu cầu sử dụng lớn. Vì vậy, nhiều chuyên gia ngành điện lo ngại đến vấn đề vỡ
quy hoạch và thiếu lưới truyền tải.
Báo cáo của Bộ Công Thương cho hay tính đến tháng 3/2020, có 78 dự án đã
được bổ sung vào Quy hoạch Phát triển điện lực với cơng suất khoảng 4.880 MWe;
11 dự án điện gió đã phát triển với tổng công suất 377 MWe; 31 dự án đã ký hợp
đồng mua bán điện với tổng công suất 1.662 MWe, kế hoạch đi vào vận hành trong
năm 2020 và 2021.
Ngồi ra, cịn gần 250 dự án điện gió, có tổng quy mơ cơng suất tới 45.000
MWe đang đề nghị bổ sung quy hoạch. Đây là con số thể hiện sự quan tâm rất lớn
của các chủ đầu tư về loại hình năng lượng này.
Nếu các dự án này trở thành hiện thực, Việt Nam sẽ có những cơng viên cánh
quạt điện gió. Khơng chỉ có các địa phương ven biển, tại các hải đảo như Lý Sơn (tỉnh
Quảng Ngãi), Phú Q (tỉnh Bình Thuận), Cơn Đảo (tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu), Phú
Quốc (tỉnh Kiên Giang)… hay vùng núi cao Mẫu Sơn (tỉnh Lạng Sơn) cũng vươn lên
những cánh quạt khổng lồ đen lại nguồn năng lượng phục vụ cho phát triển kinh tế xã hội.

7

Việc phát triển điện gió thường gặp một số khó khăn mang tính kỹ thuật và kinh
tế. Khi tỷ trọng của điện gió trong lưới điện tăng lên, sự khơng ổn định của gió sẽ làm
gia tăng sự khơng ổn định trong cung cấp điện, đòi hỏi phải áp dụng công nghệ thông
minh trong vận hành và quản lý hệ thống phân phối điện. Các nhược điểm cơ bản của
việc phát triển điện gió gồm:
1/ Sản lượng điện phát ra của các tua bin gió phụ thuộc hồn tồn vào sức gió một đại lượng rất khơng ổn định trong ngày, trong tháng, trong năm và trong cả nhiều
năm. Không có hệ thống điện nào có thể chấp nhận được sự bất định như vậy.
2/ Trong khi biểu đồ phụ tải của hệ thống điện vốn rất không ổn định, các tua
bin gió dù lớn hay nhỏ khơng những khơng có khả năng tham gia vào việc điều tần
của hệ thống điện (vì phụ thuộc 100% vào tự nhiên), mà còn gây ra nhiều bất cập
trong điều độ của hệ thống, địi hỏi hệ thống điện phải có nguồn dự phịng cao.
3/ Khi tỷ trọng cơng suất điện gió lớn, để có dự phịng cao, địi hỏi phải xây
dựng thêm các nguồn điện đắt tiền khác như nhiệt điện chạy khí, nhiệt điện chạy dầu,
thủy điện, và thủy điện tích năng. Điều này sẽ dẫn đến một rào cản khác về mặt kinh
tế là giá thành điện bình quân của hệ thống sẽ tăng lên rất cao. Vì vậy, trên thế giới,
chủ quản của các hệ thống điện thường không “mặm mà” với điện gió, và khơng
muốn đấu nối điện gió vào hệ thống, trừ khi có sự ép buộc của Chính phủ và/hoặc có
cơ chế bù đắp chi phí.
4/ Khi tỷ trọng điện gió trong hệ thống đạt mức 20÷25%, sẽ xuất hiện các vấn
đề nghiêm trọng trong lưới điện (lưới điện sẽ bị mất kiểm sốt - khơng điều phối
được). Đây là điều bắt buộc phải tính đến trong qui hoạch phát triển ngành điện trên
quan điểm đảm bảo an toàn và ổn định về cung cấp điện cho nền kinh tế.
5/ Đối với các tua bin gió nhỏ lẻ, việc đấu nối với lưới quốc gia có thể trở nên
không khả thi về mặt kinh tế. Vấn đề này chỉ có thể giải quyết được một phần nếu tua
bin gió được nối với lưới điện cục bộ (tại chỗ) với điều kiện các thiết bị phân phối,
truyền tải hiện có và tua bin gió phải có cơng suất phù hợp với nhau.

8

6/ Đối với các tua bin gió cơng suất lớn, vấn đề khó khăn nhất liên quan đến các
qui trình sửa chữa, duy tu, bảo dưỡng (khi phải sửa chữa hay thay thế các chi tiết/bộ
phận có kích thước lớn và trọng lượng lớn như rotor, cánh quạt) ở độ cao hơn 100m.
Các máy phát điện gió (tua bin gió) có thể chia thành 2 loại: cơng nghiệp và gia
dụng. Các máy tua bin gió cơng nghiệp hiện đại có cơng suất lên tới 7,5MWe. Cơng
suất của tua bin gió phụ thuộc vào diện tích hứng gió của các cánh quạt (rotor của tua
bin) và chiều cao của tua bin so với mặt đất.
Ví dụ, loại tua bin gió cơng suất 3MW (V90) của hãng Vestas (Đan Mạch) có
tổng chiều cao 115m, chiều cao tháp 70m, và đường kính cánh quạt 90m.
Theo lý thuyết về khí động học, các luồng khơng khí chuyển động ở gần mặt
đất hay mặt biển thuộc loại các dịng chảy theo lớp/tầng (laminar), trong đó, các lớp
nằm thấp hơn sẽ cản các lớp nằm ở phía trên cao hơn. Hiệu ứng này rất rõ nét ở độ
cao đến 1000m, nhưng giảm mạnh ở độ cao trên 100m. Vì vậy, ngày càng có nhiều
các tua bin gió hiện đại được thiết kế và lắp đặt ở độ cao trên 100m. Độ cao đặt tua
bin tăng lên cho phép tăng được đường kính cánh quạt (tăng cơng suất) và giải phóng
được diện tích đất cho các hoạt động kinh tế khác.


9

Hình 1.2: Đồ thị cơng suất điện (We) của tua bin ở tốc độ gió (m/s) khác nhau
Các tua bin gió hiện đại được thiết kế phát điện ở tốc độ gió từ 3m/s và tự động
dừng phát điện khi tốc độ gió lớn hơn 25m/s. Hiệu suất tối đa của tua bin gió thường
đạt được ở tốc độ gió 15m/s. Cơng suất phát điện của tua bin gió tỷ lệ bậc 3 với tốc
độ gió. Ví dụ, nếu tốc độ gió tăng lên 2 lần (từ 5m/s lên 10m/s), công suất phát điện
sẽ tăng lên 8 lần.
Đồ thị trên cho thấy, một tua bin gió có cơng suất khoảng 500W ở tốc độ gió
5m/s, và có cơng suất khoảng 4.900W ở tốc độ gió 10m/s (tăng gần 10 lần).

Trên thế giới, tua bin gió phổ biến nhất hiện nay có 3 cánh, trục nằm ngang. Đơi
khi cũng có loại 2 cánh. Đối với những nơi có tốc độ gió thấp, loại tua bin có trục
đứng được coi là có hiệu quả nhất (kiểu con quay, chong chóng). Loại tua bin trục
đứng cũng đang có thị trường mở rộng vì phần lớn dân cư nằm trong đất liền, nơi có
tốc độ gió trung bình 3÷12m/s thấp hơn so với vùng ven biển. Ở những nơi có tốc độ
gió thấp, tua bin trục thẳng đứng có hiệu suất cao hơn hẳn so với tua bin trục nằm
ngang.
Ngoài ra, tua bin trục đứng cịn có nhiều ưu điểm đáng kể khác như: hầu như
khơng có tiếng ồn, khơng địi hỏi bất kỳ công việc duy tu/bảo dưỡng nào, thời hạn
làm việc hơn 20 năm. Hệ thống hãm theo các thiết kế mới nhất cho phép tua bin làm
việc ổn định ngay cả khi tốc độ gió tăng vọt (giật) lên đến 60 m/s.
1.1.1. Điện gió ngồi khơi
Các vùng biển ngồi khơi gần bờ (cách bờ 10÷60km) được coi là (khơng chiếm
đất, có độ sâu nước khơng q lớn, có gió biển điều hịa, và khơng nhận thấy từ đất
liền) có triển vọng nhất để sản xuất điện bằng tua bin gió. Tuy nhiên, chi phí đầu tư
xây dựng các tua bin gió ngoài khơi thường cao hơn 1,5-2 lần so với trong đất liền
(tháp gió phải cao hơn, nền móng phải vững bền hơn, chịu được nước mặn, v.v...). Ở
ngoài khơi, các tháp tua bin được đặt trên móng cọc, các cọc móng được đóng sâu tới
30m, hoặc được đặt trên các giàn nổi.


10

Tua bin gió nổi ngồi biển đầu tiên được cơng ty H Technologies BV thiết lập
vào cuối năm 2007 có cơng suất 80kW, nằm cách bờ biển phía Nam Ý 10,6 hải lý, ở
nơi nước biển có độ sâu 108m. Công ty StatoilHydro của Na Uy đã thiết kế các tua
bin gió nổi cho các trạm điện gió ngồi khơi có độ sâu lớn.
Từ năm 2009, cơng ty StatoiHydro đã xây dựng một tua bin gió “Hywind” trình
diễn có cơng suất 2,3MW, nặng 5.300 tấn, đường kính rotor 82,4m, với tháp của tua
bin có độ cao 65m trên mực nước biển và 100m nằm trong nước biển, cách đảo Carma

10km phía tây - nam Na Uy.
1.1.2. Điện gió trên đất liền
Một trạm điện gió có thể bao gồm nhiều tua bin gió (có thể lên tới hơn 100 tua
bin) được lắp đặt gần nhau và thường được thiết lập ở những nơi có có tốc độ gió
trung bình cao nhất từ 4,5m/s. Trạm điện gió ở gần thành phố Roscoe, bang Texas,
Mỹ được công ty E.ON của Đức xây dựng đưa vào vận hành từ 2009 có tới 627 tua
bin gió do Mitsubishi, General Electric và Siemens chế tạo, với tổng cơng suất gần
780MW và có diện tích khơng nhỏ hơn 400 km2.
Gió trong đất liền thường khơng ổn định (về tốc độ và về hướng) như gió ở
ngồi khơi. Việc xây dựng các trạm điện gió trong đất liền đỏi hỏi phải khảo sát rất
bài bản về tốc độ gió và hướng gió.
Việc khảo sát (đo) tốc độ và hướng gió cần được tiến hành ở độ cao từ trên 30m
và trong thời gian 1÷2 năm. Thơng thường, các số liệu thống kê có sẵn về tốc độ gió
của các trạm khí tượng khơng dùng được cho việc thiết kế tua bin gió vì các trạm khí
tượng chỉ đo gió ở độ cao khoảng 10m và nằm trong các vùng gần khu dân cư hay tại
các sân bay.
Ở nhiều nước, các tua bin gió được thiết kế theo bản đồ gió do các cơ quan nhà
nước thành lập, hoặc được thiết lập bằng vốn ngân sách. Ví dụ, ở Canada Bộ Phát
triển và Bộ Tài nguyên đã thành lập tập bản đồ (atlat) gió và phần mềm mơ phỏng về
năng lượng gió (Wind Energy Simulation Toolkit- WEST) cho phép khảo sát để lập