Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.22 MB, 75 trang )
BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
PHẠM THỊ TRÀ
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG ẢNH
HƯỞNG CỦA THIẾT BỊ BÙ CÔNG
SUẤT PHẢN KHÁNG VỚI NHÀ MÁY
ĐIỆN GIÓ NỐI LƯỚI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN
HÀ NỘI, 2023
BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
PHẠM THỊ TRÀ
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG ẢNH
HƯỞNG CỦA THIẾT BỊ BÙ CÔNG
SUẤT PHẢN KHÁNG VỚI NHÀ MÁY
ĐIỆN GIÓ NỐI LƯỚI
Chuyên ngành
: Kỹ Thuật Điện
Mã số
: 8520201
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN
Người hướng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN DUY MINH
HÀ NỘI, 2023
i
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, tác giả bày tỏ lòng cảm ơn tới thầy giáo TS.
Nguyễn Duy Minh đã chỉ bảo, hướng dẫn thực hiện luận văn, các thầy cơ
phịng Đào tạo Sau đại học cùng các thầy cô giáo trong khoa Kỹ thuật điện,
trường Đại học Điện lực đã quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện để tác giả
hoàn thành luận văn này.
Mặc dù tác giả đã cố gắng hết sức trong việc tính tốn và trình bày, song
luận văn có thể vẫn cịn những thiếu sót. Kính mong nhận được những đóng
góp của các thầy, các cơ cùng tồn thể các bạn để luận văn được hoàn chỉnh
hơn nhằm áp dụng phù hợp với thực tế.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023
Tác giả
Phạm Thị Trà
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả cam đoan đã sử dụng các tài liệu tham khảo của các tác giả, các
nhà khoa học và các luận văn được trích dẫn trong phụ lục “Tài liệu tham
khảo” cho việc nghiên cứu và viết luận văn của mình.
Tác giả cam đoan về các số liệu và kết quả tính tốn được trình bày
trong luận văn là hồn tồn do tác giả tự tìm hiểu và thực hiện trong quá
trình nghiên cứu và viết luận văn của mình, khơng sao chép và chưa được sử
dụng cho đề tài luận văn nào.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023
Tác giả
Phạm Thị Trà
iii
MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................ iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................... v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................... vii
I. MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1
1. Lý do chọn đề tài .............................................................................................. 1
2. Mục đích nghiên cứu ....................................................................................... 1
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ....................................................................................... 1
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .................................................................. 2
5. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................ 2
II. NỘI DUNG .......................................................................................... 2
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐIỆN
GIÓ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM .............................................. 3
1.1. Nhu cầu điện năng trên thế giới và xu hƣớng gia tăng tỉ trọng của năng
lƣợng tái tạo .......................................................................................................... 3
1.2. Bối cảnh điện gió trên thế giới và tại Việt Nam ......................................... 7
1.2.1. Bối cảnh điện gió trên thế giới ............................................................... 7
1.2.2. Bối cảnh điện gió tại Việt Nam ............................................................ 11
1.3. Kết luận chƣơng 1 ....................................................................................... 14
CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC TUABIN ĐIỆN GIĨ VÀ CÁC THIẾT BỊ BÙ
CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ NỐI
LƯỚI ....................................................................................................... 16
2.1. Cấu trúc tuabin điện gió ............................................................................. 16
2.1.1. Tháp ...................................................................................................... 17
2.1.2. Nền (móng) ........................................................................................... 18
2.1.3. Rotor và cánh quạt ................................................................................ 19
2.1.4. Hub trung tâm (Đùm) ........................................................................... 21
2.1.5. Bộ phận kiểm soát năng lượng ............................................................. 21
2.1.6. Nacelle (Bầu) ........................................................................................ 22
2.1.7. Các thiết bị điện tử khác ....................................................................... 26
iv
2.2. Các thiết bị bù trong việc tích hợp nhà máy điện gió nối lƣới ................ 27
2.2.1. Thiết bị bù tĩnh SVC ............................................................................. 27
2.2.2. Thiết bị bù tĩnh đồng bộ STATCOM ................................................... 30
2.2.3. So sánh hiệu suất giữa STATCOM và SVC......................................... 33
2.3. Kết luận chƣơng 2 ....................................................................................... 34
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MỘT HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ NỐI LƯỚI
VỚI THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG ............................... 36
3.1. Sơ đồ mơ phỏng ........................................................................................... 36
3.2. Các trƣờng hợp mô phỏng và kết quả ...................................................... 38
3.2.1. Điện áp lưới dao động .......................................................................... 38
3.2.2. Sự cố ngắn mạch thống qua ................................................................ 50
3.2.3. Cơng suất tải địa phương thay đổi ........................................................ 56
3.3. Kết luận chƣơng 3 ....................................................................................... 60
III. KẾT LUẬN ....................................................................................... 62
v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Nghĩa tiếng Anh
Nghĩa tiếng Việt
1
FACTS
Flexible AC Transmission
System
Hệ thống truyền tải điện xoay
chiều linh hoạt
2
HVRT
High Voltage Ride Through Khả năng vượt qua điện áp cao
3
LVRT
Low Voltage Ride Through
Khả năng vượt qua điện áp thấp
4
PCC
Point of Common Coupling
Điểm kết nối hệ thống
5
PLL
Phase-Locked Loop
Vịng lặp khóa pha
6
PWM
Pulse width modulation
Điều chế độ rộng xung
7
STATCOM
Static synchronous
Compensator
Thiết bị bù tĩnh đồng bộ
8
SVC
Static Var Compensator
Thiết bị bù tĩnh
9
TCR
Thyristor Controlled
Reactor
Cuộn kháng điều khiển bằng
thyristor
TSC
Thyristor Switched
Capacitors
Bộ tụ điện đóng cắt bằng
thyristor
TSR
Thyristor Switched Reactor
Cuộn kháng đóng cắt bằng
thyristor
VSC
Voltage Source Converter
Bộ biến đổi nguồn áp
STT
10
11
12
vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: So sánh STATCOM và SVC ..................................................................... 33
Bảng 3.1: Thông số đường dây ................................................................................. 37
Bảng 3.2: Thông số máy phát điện của Tuabin ........................................................ 37
Bảng 3.3: Thông số của Tuabin ................................................................................ 38
vii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Biểu đồ sản lượng điện năng từ các nguồn năng lượng đáp ứng nhu cầu
điện năng nửa đầu năm 2022 [1] ................................................................................ 3
Hình 1-2: Biểu đồ sản lượng điện năng từ các nguồn năng lượng trong từng tháng
[1] ................................................................................................................................ 4
Hình 1-3: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi hàng năm trong sản xuất điện trên tồn cầu
[1] ................................................................................................................................ 5
Hình 1-4: Biểu đồ phát thải của ngành điện qua các năm [1] .................................. 5
Hình 1-5: Biểu đồ tổng cơng suất điện gió lắp đặt mới hàng năm [4] ...................... 7
Hình 1-6: Cơng suất lắp đặt điện gió mới theo vùng và thị phần của năm khu vực
hàng đầu [4] ................................................................................................................ 8
Hình 1-7: Biểu đồ tổng cơng suất lắp đặt tích lũy hàng năm [4] .............................. 9
Hình 1-8: Biểu đồ cơng suất điện gió ngồi khơi đang hoạt động của các quốc gia
[5] .............................................................................................................................. 11
Hình 1-9: Mục tiêu điện gió ở Việt Nam theo dự thảo Quy hoạch Điện 8 [4] ........ 13
Hình 2-1: Cấu trúc cơ bản của tuabin gió ............................................................... 16
Hình 2-2: Các loại tháp tuabin gió phổ biến ........................................................... 18
Hình 2-3: Các dạng kết cấu móng cố định của tuabin gió ngồi khơi .................... 19
Hình 2-4: Số lượng cánh quạt của một tuabin gió ................................................... 21
Hình 2-5: Cấu tạo bên trong của Hub ..................................................................... 21
Hình 2-6: Nacelle của một tuabin gió ...................................................................... 22
Hình 2-7: Bộ truyền động có hộp số ........................................................................ 23
Hình 2-8: Bộ truyền động trực tiếp, khơng có hộp số .............................................. 23
Hình 2-9: Cấu tạo thiết bị SVC ................................................................................ 28
Hình 2-10: Thiết bị SVC dùng cho nhà máy điện gió .............................................. 29
Hình 2-11: Điều khiển SVC đối với tuabin gió ........................................................ 30
Hình 2-12: Cấu tạo cơ bản của STATCOM ............................................................. 30
Hình 2-13: Sơ đồ khối điều khiển STATCOM .......................................................... 32
Hình 2-14: Đặc tính hoạt động của thiết bị STATCOM và SVC .............................. 34
Hình 3-1: Mơ hình mơ phỏng với thiết bị STATCOM .............................................. 36
Hình 3-2: Mơ hình mơ phỏng với thiết bị SVC ......................................................... 36
Hình 3-3: Dao động điện áp tại PCC khi khơng có thiết bị bù (a), khi có STATCOM
(b) và khi có SVC (c) ................................................................................................. 39
viii
Hình 3-4: Cơng suất tác dụng trao đổi khi khơng có thiết bị bù (a), khi có
STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 40
Hình 3-5: Cơng suất phản kháng trao đổi khi khơng có thiết bị bù (a), khi có
STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 41
Hình 3-6: Công suất phản kháng trên STATCOM (a) và SVC (b) ........................... 42
Hình 3-7: Cơng phát của Turbine gió
khi khơng có thiết bị bù (a), khi có
STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 44
Hình 3-8: Dao động điện áp tại PCC khi khơng có thiết bị bù (a), khi có STATCOM
(b) và khi có SVC (c) ................................................................................................. 45
Hình 3-9: Cơng suất tác dụng trao đổi khi khơng có thiết bị bù (a), khi có
STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 46
Hình 3-10: Cơng suất phản kháng trao đổi khi khơng có thiết bị bù (a), khi có
STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 48
Hình 3-11: Cơng suất phản kháng trên STATCOM (a) và SVC (b) ......................... 49
Hình 3-12: Cơng suất phát của Turbine gió khi khơng có thiết bị bù (a), khi có
STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 50
Hình 3-13: Điện áp tại điểm đấu nối khi khơng có thiết bị bù (a), khi có STATCOM
(b) và khi có SVC (c) ................................................................................................. 51
Hình 3-14: Cơng suất tác dụng trao đổi khi khơng có thiết bị bù (a), khi có
STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 52
Hình 3-15: Cơng suất phản kháng trao đổi khi khơng có thiết bị bù (a), khi có
STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 53
Hình 3-16: Cơng suất phản kháng của STATCOM (a) và SVC (b) ......................... 54
Hình 3-17: Cơng suất phát của Turbine gió khi khơng có thiết bị bù (a), khi có
STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 55
Hình 3-18: Điện áp tại điểm đấu nối khi khơng có thiết bị bù (a), khi có STATCOM
(b) và khi có SVC (c) ................................................................................................. 56
Hình 3-19: Cơng suất tác dụng trao đổi khi đặt STATCOM (a) và SVC (b) ........... 57
Hình 3-20: Cơng suất phản kháng của STATCOM (a) và SVC (b) ......................... 58
Hình 3-21: Cơng suất phát của Turbine gió khi khơng có thiết bị bù (a), khi có
STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 59
1
I. MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Đứng trước thực tế nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng như hiện nay,
những nguồn năng lượng như dầu, khí đốt, than… đang ngày càng khan hiếm,
cộng thêm với việc làm ảnh hưởng gây ra những tác hại lớn cho môi trường buộc
chúng ta phải tìm ra những nguồn năng lượng mới thay thế cho chúng. Điện
năng từ năng lượng tái tạo đang ngày càng được chú trọng tại Việt Nam cũng
như nhiều nước trên thế giới.
Trong các nguồn năng lượng tái tạo thì điện gió đang có những ưu thế vượt
trội nhất định. Các nhà máy điện gió cơng suất lớn liên tục được xây dựng và đi
vào hoạt động. Tuy nhiên nếu muốn đẩy mạnh nguồn năng lượng này ngày càng
phát triển trong tương lai chúng ta cịn cần hồn chỉnh hơn về công nghệ. Trong
vận hành, các nhà máy đóng vai trị quan trọng và là phần tử chính trong điều
chỉnh công suất tác dụng, công suất phản kháng của hệ thống điện. Theo quy
định về yêu cầu kỹ thuật thì nhà máy điện gió phải có khả năng điều khiển điện
áp và công suất phản kháng theo yêu cầu nhất định của hệ thống điện, tuy nhiên
các tuabin gió có thể khơng đáp ứng được vì thế cần lắp đặt thêm các thiết bị bù
công suất phản kháng.
Xuất phát từ thực tế đó và với mục đích nghiên cứu, tìm hiểu về sự đóng góp
của hệ thống bù vào việc điều chỉnh công suất của máy phát điện gió đối với hệ
thống điện gió nói lưới mà tơi đã lựa chọn và mong muốn thực hiện đề tài: “Nghiên
cứu và mô phỏng ảnh hƣởng của thiết bị bù cơng suất phản kháng với nhà máy
điện gió nối lƣới”.
2. Mục đích nghiên cứu
-
Nghiên cứu mơ hình cấu tạo, hoạt động của nhà máy điện gió và các thiết bị bù
công suất phản kháng.
Thực hiện mô phỏng nhà máy điện gió kết hợp với thiết bị bù cơng suất phản
kháng.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
-
Nghiên cứu, tổng hợp và thống kê sự phát triển của điện gió tính đến thời điểm
hiện tại ở Việt Nam.
Phân tích và đánh giá sự đóng góp của điện gió vào hệ thống điện.
Mơ phỏng hệ thống điện có tích hợp nguồn điện gió kết hợp hệ thống bù công
suất phản kháng.
2
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
-
Đối tượng nghiên cứu: Mơ hình một hệ thống điện gió nối lưới có sử dụng thiết
bị bù cơng suất phản kháng.
Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết, tài liệu, xây dựng mơ hình và thực
hiện mơ phỏng hoạt động của nhà máy điện gió nối lưới khi có và khơng có các
thiết bị bù.
-
Phạm vi thời gian thực hiện nghiên cứu: Từ Tháng 10/2021 đến tháng 5/2023.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
-
Thống kê số liệu.
-
Xây dựng mơ hình.
-
Mơ phỏng hệ thống điện gió sử dụng các thiết bị bù cơng suất phản kháng.
II. NỘI DUNG
Ngoài phần mở đầu và kết luận dự kiến luận văn sẽ gồm 3 chương với các nội
dung chính như sau:
Chương 1: Khái quát về xu hướng phát triển của điện gió trên thế giới và ở
Việt Nam.
Chương 2: Cấu trúc Tuabin điện gió và các thiết bị bù cơng suất phản kháng
trong nhà máy điện gió nối lưới.
Chương 3: Mơ phỏng một hệ thống điện gió nối lưới với thiết bị bù công suất
phản kháng.
3
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ XU HƢỚNG PHÁT TRIỂN
CỦA ĐIỆN GIÓ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1. Nhu cầu điện năng trên thế giới và xu hƣớng gia tăng tỉ
trọng của năng lƣợng tái tạo
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh của công nghệ và nhu
cầu năng lượng, cũng như ưu tiên các hoạt động ứng phó với biến đổi khí hậu, năng
lượng tái tạo nói chung và năng lượng gió nói riêng được xem là một trong những
giải pháp quan trọng nhất nhằm giảm biến đổi khí hậu tồn cầu. Do tình hình khan
hiếm tài nguyên năng lượng hóa thạch, chiến tranh (khu vực Trung Đông, Nga Ukraina,...) khiến giá cả của năng lượng hóa thạch biến động mạnh,... các nước bắt
đầu quan tâm hơn đến phát triển năng lượng sạch, đặc biệt là năng lượng gió.
Chuyển đổi sang năng lượng sạch và năng lượng tái tạo là một giải pháp cần thiết
để đạt được các Mục tiêu Phát triển Bền vững (về năng lượng sạch và giá cả phải
chăng) đến năm 2030 do Liên hợp quốc đề ra.
Nhu cầu điện năng trên thế giới tăng trở lại, với mức tăng 5,4%, năm 2021
chứng kiến tốc độ tăng trưởng nhu cầu nhanh nhất kể từ năm 2010 do nhiều nền
kinh tế tiên tiến đã phục hồi trở lại mức trước đại dịch Covid-19 sau khi bị ảnh
hưởng vào năm 2020. Nửa đầu năm 2022, tổng nhu cầu điện năng trên toàn cầu đạt
13.393 TWh, tăng từ mức 13.004 TWh trong cùng kỳ năm ngoái [1]. So với nhu
cầu điện trên thế giới vào năm 2021 được đáp ứng chủ yếu khoảng 59% phát điện
bằng than, năm 2022 điện sản xuất từ hóa thạch trên toàn cầu chỉ tăng 4 TWh, từ
7.998 TWh trong nửa đầu năm 2021 lên 8.002 TWh trong cùng kỳ năm 2022 trong
đó điện than giảm 36 TWh (-1%), khí đốt giảm 1 TWh (-0,05%), các loại nhiên liệu
hóa thạch khác (chủ yếu là dầu mỏ) tăng 34 TWh (+14%).
Hình 1-1: Biểu đồ sản lượng điện năng từ các nguồn năng lượng đáp ứng nhu cầu điện năng
nửa đầu năm 2022 [1]
4
Tổng sản lượng điện được sản xuất từ năng lượng tái tạo trên toàn cầu tăng
thêm 416 TWh lớn hơn nhu cầu điện năng gia tăng toàn cầu 389 TWh. Tổng cộng,
năng lượng tái tạo đã tạo ra 28% điện năng toàn cầu trong nửa đầu năm 2022 (3.802
TWh), tăng từ mức 26% (3.387 TWh) trong cùng kỳ năm 2021, nhu cầu điện năng
gia tăng trên toàn cầu được đáp ứng tồn bộ từ năng lượng tái tạo nên khơng cần
phát điện bổ sung từ nhiên liệu hóa thạch [1].
Nếu như trong nửa đầu năm 2022, giảm được việc sản xuất điện từ các nhiên
liệu hóa thạch, thì sang nửa cuối năm 2022, lượng tiêu thụ than và khí đốt lại tăng
vào tháng 7 và tháng 8 được thể hiện như biểu đồ hình 1-2 [1]. Điều này xảy ra do
tình trạng hạn hán kéo dài ở Trung Quốc, dẫn đến các thủy điện bị ảnh hưởng,
không đáp ứng được nhu cầu điện năng tăng cao ở Trung Quốc. Bên cạnh đó, ở thị
trường Châu Âu, việc sản xuất điện hạt nhân vẫn đang giảm đáng kể, do tình trạng
mất điện kéo dài ở Pháp, cịn ở Đức định đóng cửa các nhà máy điện hạt nhân để
ứng phó với khủng hoảng năng lượng.
Hình 1-2: Biểu đồ sản lượng điện năng từ các nguồn năng lượng trong từng tháng năm 2022
[1]
Từ tháng 1 đến tháng 8 cho thấy điện than tăng 1% (+63 TWh) và điện khí đốt
tăng 1,6% (+63 TWh) cũng như sản lượng dầu tăng 14% ( +57 TWh) so với cùng
kỳ năm ngối, dẫn đến lượng khí thải CO2 của ngành điện toàn cầu tăng 1,7% (133
Mt) trong thời gian từ tháng 1 đến tháng 8, so với cùng kỳ năm ngoái [1].
Chúng ta đang kỳ vọng sản lượng do năng lượng sạch cung cấp sẽ đáp ứng tất
cả sự gia tăng nhu cầu điện năng, từ đó ngăn chặn sự gia tăng nhiên liệu hóa thạch
5
trong ngành điện, tuy nhiên nhìn vào số liệu gia tăng trong tháng 7 và tháng 8, khiến
cho mục tiêu này trong năm 2022 là không khả thi. Tăng trưởng phát thải trái ngược
hẳn với những gì cần thiết cho việc hướng tới mục tiêu giữ cho mức tăng nhiệt độ
tồn cầu ở ngưỡng 1,5 độ C.
Hình 1-3: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi hàng năm trong sản xuất điện trên tồn cầu [1]
Hình 1-4: Biểu đồ phát thải của ngành điện qua các năm [1]
6
Sản lượng gió tồn cầu tăng 14% vào năm 2021, tăng 227 TWh lên 1.814
TWh. Sản lượng gió tăng 175 TWh (19%) trên toàn cầu trong nửa đầu năm 2022.
Đây là mức tăng trưởng % cao nhất so với cùng kỳ các năm trước. Năng lượng gió
tạo ra 8% điện năng toàn cầu tương ứng với 1.102 TWh, cao hơn cả năng lượng mặt
trời tạo ra được 5% điện năng toàn cầu tương đương 619 TWh trong nửa đầu năm
2022. Sự gia tăng đột phá của sản lượng điện gió là nhờ sự phát triển mạnh của điện
gió ngồi khơi, nếu như trước đây chỉ phụ thuộc vào sản lượng từ các trang trại điện
gió trên bờ, hiện nay các trang trại điện gió ngồi khơi với quy mơ cơng suất lắp đặt
lớn, hệ số cơng suất tuabin trung bình của các dự án điện gió ngồi khơi đạt gần
50%, lớn hơn hệ số công suất tuabin của các dự án lắp đặt trên bờ chỉ khoảng 35% .
Tuabin hiện đại trên bờ sản xuất trung bình 3TWh điện một năm cho mỗi GW được
lắp đặt; tuabin gió ngồi khơi hiện đại trung bình 4,4TWh mỗi năm. Ưu điểm chính
của năng lượng gió ngồi khơi là khả năng tạo ra điện cao hơn vì tốc độ gió trên đại
dương thường ổn định hơn và mạnh hơn so với trên đất liền, khơng giới hạn các địa
điểm ngồi khơi để triển khai trang trại điện gió vì khơng ảnh hưởng đến khu dân
cư. Bên cạnh đó nhờ có những tiến bộ gần đây trong cơng nghệ gió ngồi khơi giúp
giảm chi phí vốn, lắp đặt và vận hành.
Sản lượng điện từ gió cần tăng gấp 4 lần vào năm 2030, từ 7% sản lượng điện
toàn cầu vào năm 2021 lên 21% vào năm 2030. Điều đó có nghĩa là duy trì mức
tăng trưởng hàng năm là 18%; tăng trưởng năm ngoái là 14% và trung bình là 15%
trong mười năm qua [1]. Hiện nay đã có 130 nước trên thế giới phát triển điện gió.
Tổng cơng suất điện gió của thế giới tăng nhanh trong khoảng 1 thập kỷ
gần đây, đến năm 2020 tổng công suất lên tới 733 GW cao gần gấp hai lần so với
năm 2011[2]. Kể từ năm 2010, hơn một nửa tổng lượng điện gió mới đã được bổ
sung bên ngoài các thị trường truyền thống là Châu Âu và Bắc Mỹ, chủ yếu là do
sự bùng nổ liên tục ở Trung Quốc và Ấn Độ. Trung Quốc dẫn đầu về sản lượng điện
gió của năm 2021. 65% tăng trưởng sản xuất điện gió tồn cầu vào năm 2021 là ở
Trung Quốc (tỷ trọng cao nhất trước đây của Trung Quốc là 37% tăng trưởng toàn
cầu vào năm 2020). Trung Quốc đã thêm 148 TWh, bằng với toàn bộ nhu cầu điện
của Argentina. Các nước ở châu Âu cũng đạt kỷ lục mới về tỷ lệ lắp đặt trang trại
điện gió mới trong năm 2021, mặc dù chứng kiến mức sản xuất điện gió giảm vào
năm 2020 do tốc độ gió kém [3].
Bất chấp mức tăng ấn tượng đối với năng lượng tái tạo nhưng vẫn chưa thể
thay thế hồn tồn nhiên liệu hóa thạch trong việc sản xuất điện để đáp ứng nhu cầu
điện năng trên tồn cầu. Có những dấu hiệu cho thấy sự thay đổi, với những cam kết
7
ngày càng tăng đối với các nền kinh tế về vấn đề khử carbon và giải quyết ô nhiễm,
nhưng cần phải có những hành động tăng tốc để đáp ứng các mục tiêu năng lượng
bền vững. Với những con số thể hiện nhu cầu điện năng trên toàn cầu cần được đáp
ứng, cũng như lượng phát thải của ngành điện, điện gió đang ngày càng được kỳ
vọng trở thành nguồn cung cấp điện chính để giải quyết nhu cầu điện năng và có vai
trị quan trọng để đạt được mức độ phát thải bằng khơng.
1.2. Bối cảnh điện gió trên thế giới và tại Việt Nam
1.2.1. Bối cảnh điện gió trên thế giới
Ngành cơng nghiệp điện gió trên thế giới đang đạt được những kết quả khởi
sắc liên tiếp từ năm 2019 đến năm 2021. Tổng cơng suất điện gió mới được bổ sung
trên toàn thế giới vào năm 2021 là 93,6 GW, chỉ thấp hơn 1,8% so với kỷ lục năm
2020, nâng tổng cơng suất điện gió lắp đặt lên 837 GW, tăng 12,4% so với năm
2020.
Mặc dù công suất lắp đặt mới trong thị trường điện gió trên bờ đã giảm xuống
còn 72,5 GW vào năm 2021, nhưng đây vẫn là năm cao thứ hai trong lịch sử. Thị
trường điện gió ngồi khơi đã có một năm kỷ lục với hơn 21 GW nối lưới, gấp ba
lần so với năm trước, khiến năm 2021 trở thành năm cao nhất từ trước đến nay [4].
Hình 1-5: Biểu đồ tổng cơng suất điện gió lắp đặt mới hàng năm [4]
8
Nhờ sự tăng trưởng đáng kinh ngạc của việc lắp đặt ở các trang trại điện gió
ngồi khơi ở Trung Quốc và điện gió trên bờ ở Việt Nam, Châu Á Thái Bình Dương
tiếp tục dẫn đầu về phát triển điện gió tồn cầu với thị phần vào năm 2021 gần bằng
với năm 2020. Được thúc đẩy bởi một năm kỷ lục về lắp đặt điện gió trên bờ, Châu
Âu đã giành lại danh hiệu thị trường khu vực lớn thứ hai với tổng công suất là 19%
cho các lắp đặt mới, riêng công suất lắp đặt tại khu vực Bắc Mỹ là 14%. Khu vực
Châu Mỹ Latinh; Châu Phi và Trung Đơng cũng có một năm kỷ lục về số lượt lắp
đặt mới vào năm 2021 với thị phần toàn cầu lần lượt đạt 6% và 2%, nhưng hai khu
vực này vẫn giữ ngun vị trí như năm trước.
Hình 1-6: Cơng suất lắp đặt điện gió mới theo vùng và thị phần của năm khu vực hàng đầu [4]
Năm thị trường hàng đầu thế giới về sản lượng lắp đặt mới vào năm 2021 là
Trung Quốc, Mỹ, Brazil, Việt Nam và Vương quốc Anh. Năm thị trường này cộng
lại chiếm 75,1% tổng lượng lắp đặt trên toàn cầu vào năm 2021, thấp hơn 5,5% so
với năm 2020, chủ yếu là do Trung Quốc và Hoa Kỳ mất tổng cộng 10% thị phần so
với 2020, được thể hiện như hình 1-6. Nếu xét về lượng lắp đặt tích lũy, năm thị
trường hàng đầu tính đến cuối năm 2021 vẫn khơng thay đổi, các thị trường đó là
Trung Quốc, Mỹ, Đức, Ấn Độ và Tây Ban Nha, chiếm 72% tổng số lắp đặt điện gió
trên thế giới, thấp hơn 1% so với 2020 [4].
9
Hình 1-7: Biểu đồ tổng cơng suất lắp đặt tích lũy hàng năm [4]
1.2.1.1. Tình hình thị trƣờng điện gió trên bờ
Năm 2021, toàn cầu đã ghi nhận 72,5 GW cơng suất gió trên bờ được lắp đặt
mới, nâng cơng suất gió trên bờ tích lũy lên 780 GW [4]. Các khu vực Châu Âu,
Châu Mỹ Latinh, Châu Phi và Trung Đơng đã có một năm kỷ lục về lượng lắp đặt
mới trên bờ, nhưng tổng số công suất lắp đặt vào năm 2021 vẫn là 18 % thấp hơn so
với năm 2020. Sự suy giảm chủ yếu là do sự chậm lại của điện gió trên đất liền ở
hai thị trường điện gió lớn nhất thế giới là Trung Quốc và Mỹ.
Trung Quốc đã có một năm kỷ lục về lắp đặt điện gió trên bờ vào năm 2020
với hơn 50 GW được lắp đặt trong một năm nhờ sự thúc đẩy của chính sách hỗ trợ
của quốc gia. Mặc dù năm 2021, lượng công suất lắp đặt mới ở Trung Quốc giảm
39% so với năm 2020, nhưng thị trường điện gió trên bờ ở nước này vẫn đang được
kỳ vọng sẽ đạt mức lắp đặt kỷ lục mới trong những năm tới khi Trung Quốc triển
khai hoàn thành các mục tiêu mới.
Hoa Kỳ đã đạt kỷ lục về lắp đặt điện gió trên bờ trong quý đầu tiên và quý thứ
hai của năm 2021. Tuy nhiên, tốc độ tăng trưởng đã chậm lại trong nửa cuối năm do
một số dự án bị trì hỗn và hỗn lại do các vấn đề về chuỗi cung ứng và các gián
đoạn khác do dịch bệnh COVID-19 gây ra.
Ngoài Trung Quốc với 30,7 GW và Hoa Kỳ với 12,7 GW thì năm thị trường
dẫn đầu về công suất lắp đặt mới điện gió trên bờ trong năm 2021 cịn có Brazil (3,8
GW), Việt Nam (2,7 GW) và Thụy Điển với 2,1 GW.
10
Bất chấp sự bùng phát trở lại của COVID-19, thị trường điện gió trên bờ của
tồn cầu vẫn đang đi đúng hướng và dần đáp ứng các mục tiêu đề ra trong năm
2021.
1.2.1.2. Tình hình thị trƣờng điện gió ngồi khơi
Năm 2021 đã ghi nhận 21,1 GW điện gió ngồi khơi được kết nối với lưới
điện trên toàn thế giới, lập kỷ lục trong lịch sử điện gió ngồi khơi và nâng tổng
cơng suất điện gió ngồi khơi tồn cầu lên 57,2 GW vào cuối năm 2021 [4].
Với những ưu thế về nguồn gió ngồi khơi, các quốc gia ở khu vực Châu Âu
vẫn là thị trường phát triển ổn định, cụ thể trong tổng số 215 trang trại điện gió
ngồi khơi đang hoạt động trên thế giới, chủ yếu tập trung ở khu vực Châu Âu với
110 trang trại, tiếp theo là châu Á với 103 trang trại và 2 trang trại ở Mỹ.
Trung Quốc đã lập kỷ lục về điện gió ngồi khơi, khi chiếm hơn 80% thị
trường với 45 trang trại điện gió với tổng cơng suất xấp xỉ 12,7 GW trên tổng số 53
trang trại điện gió ngồi khơi đưa vào hoạt động trong năm 2021. Trung Quốc đã
nâng tổng cơng suất lắp đặt điện gió ngoài khơi của nước này lên 19,7 GW chiếm
40% trên tổng cơng suất tồn cầu [5]. Trung Quốc hiện đang đứng đầu về thị trường
điện gió ngồi khơi với cơng suất gần như bằng cơng suất gió ngồi khơi của Anh
và Đức cộng lại. Đức đang bị tụt hậu so với Trung Quốc và Anh với tổng công suất
chỉ đạt 7,7 GW và khơng có cơng suất bổ sung vào năm 2021 được thể hiện như
hình 1-8. Ngồi ra, một số quốc gia khác đang đẩy mạnh phát triển điện gió ngồi
khơi, đóng góp vào tổng số trang trại điện gió ngồi khơi cũng như cơng suất trên
tồn cầu là Hà Lan (2 trang trại mới) và Đan Mạch (1 trang trại mới).
Năm 2021, còn đánh dấu sự phát triển của điện gió ngồi khơi, khi rất nhiều
dự án được triển khai mới, dự kiến 17 GW công suất điện gió ngồi khơi được xây
dựng mới. Trong đó, tổng cơng suất đang được xây dựng ở Trung Quốc lên đến 8
GW, với quy mơ trung bình của mỗi dự án là 200 – 300 MW. Anh cũng đang triển
khai một số dự án với quy mô 1.000 MW trở lên. Đặc biệt, Na Uy đang triển khai
dự án điện gió ngoài khơi dạng nổi lớn nhất trên thế giới với công suất 88 MW [5].
11
Hình 1-8: Biểu đồ cơng suất điện gió ngồi khơi đang hoạt động của các quốc gia [5]
1.2.2. Bối cảnh điện gió tại Việt Nam
Việt Nam là nước nằm trong vùng gió mùa châu Á mạnh và ổn định, nên tiềm
năng năng lượng gió được đánh giá là rất dồi dào. Theo kết quả khảo sát của
chương trình đánh giá về năng lượng cho Châu Á của Ngân hàng Thế giới,
Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất khu vực Đơng Nam Á với tổng tiềm năng
điện gió ước đạt 513.360 MW, lớn gấp 200 lần công suất của nhà máy thuỷ
điện Sơn La và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện Việt Nam
năm 2020. Việt Nam có ít nhất 24 GW tiềm năng gió chất lượng cao trên bờ
với tốc độ gió trung bình trên 6 m/giây và thêm 404 GW tiềm năng khác ở tốc
độ gió thấp hơn 5-6 m/giây. Với tiềm năng gió đó có thể cung cấp nguồn điện
năng tương đương lượng điện từ điện than hiện đang cung cấp nhờ có đường
bờ biển dài và khả năng chịu sức gió mạnh của gió mùa Đơng Bắc. Nhưng để
tận dụng tiềm năng này sẽ địi hỏi đầu tư lớn vì năng lượng điện gió hiện nay
của Việt Nam chỉ đạt dưới 4 GW.
Trong giai đoạn năm 2019 – 2021, Việt Nam đang dẫn đầu q trình
chuyển đổi năng lượng của Đơng Nam Á. Việt Nam đã lắp đặt hơn 20 GW
năng lượng tái tạo chỉ trong 3 năm bao gồm gần 4 GW điện gió và 16 GW
điện mặt trời. Riêng trong năm 2021, Việt Nam đã khiến cả thế giới ngạc
nhiên với sự bùng nổ ấn tượng về ngành công nghiệp điện gió bất chấp sự
12
gián đoạn nghiêm trọng của chuỗi cung ứng do đại dịch COVID-19. Hơn
3.360 MW cơng suất điện gió mới đã được xây dựng vào cuối năm 2021,
đưa Việt Nam trở thành thị trường năng lượng gió lớn nhất Đơng Nam
Châu Á [4].
Bất chấp sự tăng trưởng của năng lượng tái tạo với dự báo tăng trưởng
6,5% GDP và tăng 11% trong tiêu thụ điện năng năm 2022, theo ước tính của
Ngân hàng Phát triển châu Á (ADB), Việt Nam đang phải vật lộn để đáp ứng
nhu cầu năng lượng bằng sản xuất nhiên liệu hóa thạch trong nước và phụ
thuộc nhiều vào nhiên liệu nhập khẩu. Cùng với mục tiêu khơng phát thải
rịng vào năm 2050 được đưa ra tại Hội nghị thượng đỉnh về biến đổi khí hậu
của Liên Hợp Quốc năm 2021 (COP26) và việc hoàn thiện dự thảo Quy hoạch
Phát triển Điện VIII (PDP8), Việt Nam sẵn sàng mở ra kỷ nguyên tăng trưởng
năng lượng tái tạo để đáp ứng các cam kết về an ninh năng lượng và khí hậu.
Ngành cơng nghiệp điện gió cũng đang chờ chính sách rõ ràng hơn về việc
thay thế cơ chế giá FiT ( Feed-in Tariff) đã hết hạn, cơ chế đóng vai trị quan
trọng trong việc thúc đẩy đầu tư vào năng lượng tái tạo kể từ khi được giới
thiệu vào năm 2013.
Những bước phát triển và cam kết chiến lược này sẽ định hình lộ trình
chuyển đổi năng lượng của Việt Nam trong thập kỷ tới. Hơn nữa, sự biến
động giá than và khí đốt gần đây đã khiến chính phủ Indonesia ban hành lệnh
cấm tạm thời xuất khẩu than và đẩy giá điện tăng cao trên khắp châu Âu và
châu Á. Các dự án than đang gặp khó khăn trong việc đảm bảo tài chính dự
án, và Việt Nam chưa có bất kỳ các hợp đồng mua bán điện than mới kể từ
năm 2017. Các động lực thị trường này sẽ tiếp tục khuyến khích Việt Nam
giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và nâng cao tham vọng về năng
lượng tái tạo.
Theo như bản dự thảo gần đây nhất của PDP8 mà Bộ Công thương trình
Thủ tướng Chính phủ phê duyệt vào tháng 11 năm 2022, PDP8 xác định ưu
tiên phát triển mạnh điện gió trên bờ và điện gió ngồi khơi. Theo đó, cơng
suất điện gió trên bờ dự kiến lên tới 21.480 MW và điện gió ngồi khơi là
7.000 MW (trong đó, miền Bắc là 4.000 MW) vào năm 2030.
13
Hình 1-9: Mục tiêu điện gió ở Việt Nam theo dự thảo Quy hoạch Điện 8 [4]
Hiện nay, Việt Nam chưa có dự án điện gió ngồi khơi nào đi vào hoạt động.
Tuy nhiên với tốc độ phát triển công nghệ, nhu cầu năng lượng tăng cao và tiềm
năng gió ngoài khơi được đánh giá rất tốt, khả năng sẽ xuất hiện điện gió ngồi khơi
từ năm 2025 và tăng trưởng nhanh chóng sau 2030 - 2050. Với mục tiêu 7GW điện
gió ngồi khơi vào năm 2030 ở giai đoạn đầu và nâng lên 40 GW vào năm 2045, đã
có rất nhiều đơn vị đăng ký phát triển các dự án điện gió ngồi khơi lên tới cơng
suất 129 GW cao gấp nhiều lần so với dự thảo quy hoạch.
Mặc dù, ngành cơng nghiệp điện gió ở Việt Nam đã đạt được một số thành
tích nhất định, tuy nhiên để thực hiện hóa được các mục tiêu đề ra trong tương lai
cịn phải trải qua rất nhiều khó khăn thử thách.
Đã có tổng số 37 dự án điện gió khác với tổng công suất 2.500 MW không đưa
vào vận hành được vào cuối tháng 10 năm 2021. Tại nhiều dự án, nguyên nhân của
sự chậm tiến độ này được cho là do có sự gián đoạn chuỗi cung ứng và giảm nguồn
cung lao động, cũng như sự chậm trễ vận hành do đại dịch COVID-19. Mặc dù gần
hoàn thành, nhưng các dự án này vẫn cịn trong tình trạng lấp lửng vì các nhà đầu tư
khơng tiếp tục hồn thành dự án cho đến khi họ biết cấu trúc giá cả. Tính đến giữa
năm 2022, vẫn cịn nhiều sự khơng chắc chắn về cơ cấu định giá trong tương lai cho
cả gió trên bờ và ngồi khơi. Quyết định 39/2018/QĐ-TTg chỉ ra rằng biểu giá FiT
có thể được thay thế bằng hệ thống đấu giá ngược sau khi FiT hết hạn vào năm
2021, điều này sẽ thúc đẩy các nhà đầu tư cạnh tranh về giá. Một công văn gần đây
14
của Bộ Công Thương đề xuất biểu giá FiT sẽ giảm dần theo thời gian cho đến năm
2023 nhưng chưa có quyết định nào được đưa ra. Sự thiếu rõ ràng này về giá cả và
các điều khoản trong Hợp đồng mua bán điện có thể sẽ hạn chế đầu tư trong ngắn
hạn hơn nữa.
Những hạn chế về lưới điện đã khiến việc phát triển năng lượng mặt trời và
gió ở Việt Nam đi vào bế tắc vào năm 2022. Sự phát triển nhanh chóng của năng
lượng mặt trời và gió đang làm quá tải lưới điện. Số lượng các dự án mới đi vào vận
hành kể từ năm 2020 đã vượt xa khả năng tiếp nhận của lưới điện, đặc biệt là ở các
tỉnh tập trung lượng lớn năng lượng mặt trời và gió. Chỉ tính riêng năm 2021 đã có
khoảng 75 nhà máy điện gió đã đi vào hoạt động và trong năm 2020 đã có hơn
100.000 cơng trình lắp đặt năng lượng mặt trời trên mái nhà và ít nhất 15 nhà máy
năng lượng mặt trời đã được kết nối vào lưới điện. Các đường dây truyền tải điện
thường xuyên hoạt động hết công suất và nhiều dự án phải cắt giảm cơng suất. Do
đó, vào năm 2022, Trung tâm Điều độ hệ thống điện Quốc gia thông báo rằng họ sẽ
không phê duyệt bất kỳ dự án mới nào về năng lượng mặt trời hoặc gió trong năm
2022.
Việt Nam phải giải quyết vấn đề tích hợp lưới điện để đảm bảo tiếp tục tiến tới
các mục tiêu đã cam kết tại COP26. Ngay cả khi dừng phê duyệt dự án mới về năng
lượng gió và năng lượng mặt trời, chính phủ cần phải đầu tư mạnh mẽ vào việc cải
thiện hệ thống truyền tải và có hiệu quả về mặt kinh tế, lưu trữ.
1.3. Kết luận chƣơng 1
Trong nội dung chương 1, luận văn đã dựa trên những số liệu hiện trạng về
nhu cầu điện năng trên toàn cầu, hay lượng phát thải cao kỉ lục của ngành điện,
cũng như những kết quả đạt được của điện gió năm 2021 và nửa đầu năm 2022 để
đưa ra những đánh giá về tầm quan trọng của điện gió, nó là một trong những nguồn
năng lượng thay thế nhanh chóng nhất so với các nguồn năng lượng khác như điện
than, điện nhiệt hay điện hạt nhân. Với mục tiêu điện gió sẽ là chìa khóa để giải
quyết nhu cầu điện năng ngày càng tăng của các nước trên thế giới, giảm thiểu
lượng phát thải của ngành điện, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng cũng như
hiện thực hóa chiến lược phát triển xanh của thế giới.
Tiếp theo, chương 1 của luận văn đã trình bày bối cảnh điện gió của các nước
trên thế giới và tại Việt Nam. Trung Quốc vẫn đang dẫn đầu Châu Á về thị trường
điện gió, đặc biệt là điện gió ngồi khơi, khi năm 2021 Trung Quốc đã nâng tổng
công suất lắp đặt điện gió ngồi khơi của nước này lên 19,7 GW chiếm 40% trên
15
tổng cơng suất tồn cầu. Thị trường Châu Âu, Châu Mỹ cũng lập được những kỷ lục
về công suất lắp đặt mới trong năm 2021, mặc dù cũng chịu ảnh hưởng không nhỏ
từ đại dịch COVID-19 và các vấn đề về chuỗi cung ứng.
Với tiềm năng gió dồi dào, cùng với việc tiếp cận những công nghệ khoa học
tiên tiến, Việt Nam đã trở thành thị trường năng lượng gió lớn nhất Đông Nam
Châu Á khi đưa hơn 3.360 MW cơng suất điện gió mới đã được xây dựng vào cuối
năm 2021. Dù đạt được một số thành công nhất định, nhưng Việt Nam vẫn còn cần
phải cố gắng rất nhiều, khắc phục những hạn chế về lưới điện, cũng như cơ chế giá
cả để đáp ứng được các cam kết về an ninh năng lượng và hiện thực hóa chiến lược
phát triển xanh của thế giới.
