năng lượng gió Năng lượng tái tạo

Tiểu luận cơ khí
Chương 1: GIỚI THIỆU
1.1. Giới thiệu chung.
a. Năng lượng tái tạo.
- Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những
nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn, là năng lượng mà
xuất phát từ tài nguyên thiên nhiên như ánh sáng mặt trời , gió , mưa , thủy
triều , và nhiệt địa nhiệt , sinh khối …
- Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách một phần
năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường. Các quy trình
này thường được thúc đẩy đặc biệt là từ Mặt Trời.
- Theo ý nghĩa về vật lý, năng lượng không được tái tạo mà trước tiên là
do Mặt Trời mang lại và được biến đổi thành các dạng năng lượng hay các vật
mang năng lượng khác nhau. Tùy theo trường hợp mà năng lượng này được sử
dụng ngay tức khắc hay được tạm thời dự trữ.
- Việc sử dụng khái niệm "tái tạo" theo cách nói thông thường là dùng để
chỉ đến các chu kỳ tái tạo mà đối với con người là ngắn đi rất nhiều (thí dụ như
khí sinh học so với năng lượng hóa thạch). Trong cảm giác về thời gian của con
người thì Mặt Trời sẽ còn là một nguồn cung cấp năng lượng trong một thời
gian gần như là vô tận. Mặt Trời cũng là nguồn cung cấp năng lượng liên tục
cho nhiều quy trình diễn tiến trong bầu sinh quyển Trái Đất. Những quy trình
này có thể cung cấp năng lượng cho con người và cũng mang lại những cái gọi
là nguyên liệu tái tăng trưởng. Luồng gió thổi, dòng nước chảy và nhiệt lượng
của Mặt Trời đã được con người sử dụng trong quá khứ. Quan trọng nhất trong
thời đại công nghiệp là sức nước nhìn theo phương diện sử dụng kỹ thuật và
theo phương diện phí tổn sinh thái.
Ngược lại với việc sử dụng các quy trình này là việc khai thác các nguồn
năng lượng như than đá hay dầu mỏ, những nguồn năng lượng mà ngày nay
được tiêu dùng nhanh hơn là được tạo ra rất nhiều. Theo ý nghĩa của định nghĩa
tồn tại "vô tận" thì phản ứng tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch), khi có
thể thực hiện trên bình diện kỹ thuật, và phản ứng phân rã hạt nhân (phản ứng

phân hạch) với các lò phản ứng tái sinh, khi năng lượng hao tốn lúc khai thác
uranium hay thorium có thể được giữ ở mức thấp, đều là những nguồn năng
lượng tái tạo mặc dù là thường thì chúng không được tính vào loại năng lượng
này.
b. Tầm quan trọng của năng lượng tái tạo và hiệu quả của nó đem lại
- Năng lượng tái tạo ngày càng khẳng định được vị thế và tầm quan trọng
so với các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, khí đốt, dầu mỏ và hạt
nhân…
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
1
Tiểu luận cơ khí
- Nhu cầu năng lượng tăng nhanh không ngừng trong khi những nguồn
năng lượng không tái tạo như dầu mỏ, than, khí đốt, uranium, gây ô nhiễm
môi trường và đang dần cạn kiệt. Sử dụng năng lượng tái tạo từ thủy điện, mặt
trời, gió, địa nhiệt, sóng biển, thủy triều, khí sinh học, dầu sinh học, đang là
lựa chọn hàng đầu của nhiều quốc gia khi mà nguồn năng lượng ngày càng
cạn kiệt.
- Hiệu quả mà năng lượng tái tạo đem lại:
+ Cấp nguồn cho mạng lưới điện (các nhà máy thủy điện lớn, các trạm điện
gió, điện mặt trời tập trung, );
+ Thay thế xăng, dầu để chạy các động cơ (ôtô, tàu thủy, máy bay, );
+ Cấp nguồn cho nhu cầu sinh hoạt tại chỗ (đun nước, sưởi ấm, nấu ăn, ).
+ Thay thế nhiên liệu thông thường trong bốn lĩnh vực riêng biệt: điện , nước
nóng / sưởi ấm không gian , nhiên liệu vận tải .
Ngoài ra ,năng lượng tái tạo là một nguồn năng lượng sạch,không gây ô
nhiễm môi trường và thân thiện với con người.
Đi đôi với phát triển kinh tế, vài năm trở lại đây nhiều quốc gia trên
thế giới đầu tư vào khai thác các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng
mặt trời, sức gió… và hướng đi này đã tỏ ra sáng suốt trong bối cảnh luôn
có biến động trong thị trường dầu mỏ thế giới.

Tiềm năng năng lượng tái tạo không hè thua kém các nguồn năng
lượng khác.Vấn đề ở chỗ là các quốc gia nhận thức được thế mạnh nội tại
trong phát triển năng lượng tái tạo đến đâu và đầu tư phát triển và ứng dụng
như thế nào.
1.2. Giới thiệu về nguồn năng lượng gió,mục đích của đề tài.
Trong các nguồn cung cấp năng lượng tái tạo thì gió là một nguồn năng
lượng thiên nhiên mà loài người đang nhắm đến cho nhu cầu về năng lượng
trên thế giới trong tương lai.
a. Năng lượng gió :
- Năng lượng gió được mô tả như một quá trình, nó được sử dụng để phát
ra năng lượng cơ hoặc điện. Tuabin gió sẽ chuyển đổi từ động lực của gió thành
năng lượng cơ. Năng lượng cơ này có thể sử dụng cho những công việc cụ thể
như là bơm nước hoặc các máy nghiền lương thực hoặc cho một máy phát có
thể chuyển đổi từ năng lượng cơ thành năng lượng điện.
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
2
Tiểu luận cơ khí
- Gió là một dạng của năng lượng mặt trời. Gió được sinh ra là do nguyên
nhân mặt trời đốt nóng khí quyển, do trái đất xoay quanh mặt trời và do sự
không đồng đều trên bề mặt trái đất. Luồng gió thay đổi tuỳ thuộc vào địa hình
trái đất, luồng nước, cây cối, con người sử dụng luồng gió hoặc sự chuyển động
năng lượng cho nhiều mục đích như: đi thuyền, thả diều và phát điện.
Khi bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm
cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau. Một nửa bề mặt
của Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời
và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các
cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vì thế khác nhau về áp suất mà
không khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa mặt ban ngày và
mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió. Trái Đất xoay tròn cũng góp
phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi (so

với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên
cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa.
Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh
trục của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không
chuyển động thắng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau
giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu. Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu
không khí di chuyển vào một vùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ và ra
khỏi một vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ. Trên Nam bán cầu thì chiều
hướng ngược lại.
- Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa hình
tại từng địa phương. Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất
nóng lên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từ
biển hay hồ vào đất liền. Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước và
hiệu ứng này xảy ra theo chiều ngược lại.
- Ưu điểm của năng lượng gió là tận dụng được nguồn năng lượng vô tận
là gió, không bị khống chế quy mô diện tích đầu tư. Ngoài ra, phong điện
không tổn thất chi phí vận hành, nơi sản xuất điện và tiêu thụ điện được thu hẹp
khoảng cách một cách đáng kể. Hơn nữa, máy phát điện từ gió có thể đễ dàng
bổ sung máy phát điện thông thường khi nhu cầu dùng điện của người dân tăng
lên. Gió còn là nguồn nguyên liệu sạch, không làm ô nhiễm không khí và nước
khi tạo điện năng, có khả năng giảm đáng kể lượng khí CO
2
thải ra môi trường.
Các tua bin gió không tạo ra mưa axít do khí thải SO
2
hay các khí nhà kính.
Nếu cộng tất cả các chi phí bên ngoài (kể cả việc giải quyết nạn ô nhiễm môi
trường) thì năng lượng gió là một trong những nguồn năng lượng rẻ tiền nhất.
- Nhược điểm lớn nhất của năng lượng gió là sự phụ thuộc vào điều kiện
thời tiết và chế độ gió. Vì vậy, cần nghiên cứu hết sức chi tiết về địa hình và

Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
3
Tiểu luận cơ khí
tính chất của gió để tránh những ảnh hưởng không tốt đến máy phát. Hơn nữa,
các trạm điện gió thường hay gây tiếng ồn trong khi vận hành. Nếu các yếu tố
kỹ thuật không đảm bảo có thể phá vỡ cảnh quan tự nhiên và làm ảnh hưởng
đến tín hiệu của các sóng vô tuyến. Do vậy, khi xây dựng các khu điện gió cần
tính toán khoảng cách hợp lý đến các khu dân cư, khu du lịch để không gây
những tác động tiêu cực.
b. Mục đích của đề tài :
Đề tài nói lên sự hình thành năng lượng gió, tầm quan trọng của nó trước
nguy cơ cạn kiệt nguồn năng lượng hoá thạch, từ đó đề xuất ra hướng phát triển
và ứng dụng của nguồn năng lượng này trong tương lai ở các quốc gia trên thế
giới như : chế tạo được các tuabin gió có giá thành hợp lý,đảm bảo được các
điều kiên làm việc ,kiểm soát được lượng gió vào tuabin, sử dụng nguồn điện
năng từ gió một cách có hiệu quả ,kinh tế không gây lãng phí.
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
4
Tiểu luận cơ khí
Chương 2: TỔNG QUAN.
2.1. Lịch sử phát triển .
Lịch sử phát triển của thế giới loài người đã chứng kiến những ứng dụng
của năng lượng gió vào cuộc sống từ rất sớm. Gió giúp quay các cối xay bột,
gió giúp các thiết bị bơm nước hoạt động, và gió thổi vào cánh buồm giúp đưa
các con thuyền đi xa…
Trước thế kỷ 19, giai đoạn đầu tiên:
- Từ cách đây 5000 năm, loài người đã biết khai thác năng lượng gió với
những con thuyền buồm. Khoảng 1700 năm trước công nguyên người Iran đã
có những cối xay nhờ sức gió. Từ thế kỷ thứ 10 người châu Âu chế ra cối xay
gió trục ngang với các bánh răng truyền động. Thế kỷ 15 người Hà Lan bắt đầu

công cuộc quai đê lấn biển, cần bơm nước biển ra ngoài đê, họ đã gắn xuống
phía dưới các cối xay gió một guồng nước.
- Muộn hơn nữa, kể từ sau thế kỷ 13, các cối xay gió xuất hiện tại châu Âu
(Tây Âu) với cấu trúc có các cánh đón gió quay theo phương ngang, chúng
phức tạp hơn mô hình thiết kế tại Ba Tư. Cải tiến cơ bản của thiết kế này là đã
tận dụng được lực nâng khí động học tác dụng vào cánh gió do đó sẽ làm hiệu
suất biến đổi năng lượng gió của cối xay gió thời kỳ này cao hơn nhiều so với
mô hình thiết kế từ những năm 500 - 900 tại Ba Tư.
Hình 1: Mô hình cối xay gió xuất hiện sau TK 13
- Trong suốt những năm tiếp theo, các thiết kế của thiết bị chạy bằng sức
gió càng ngày được hoàn thiện và được sử dụng rộng rãi trong khá nhiều các
lĩnh vực ứng dụng: chế tạo các máy bơm nước, hệ thống tưới tiêu trong nông
nghiệp, các thiết bị xay xát, xẻ gỗ, nhuộm vải… Cho đến đầu thế kỷ 19, cùng
với sự xuất hiện của máy hơi nước, thiết bị chạy bằng sức gió dần dần bị thay
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
5
Tiểu luận cơ khí
thế. Lịch sử con người đã bước sang thời kỳ mới với những công cụ mới: máy
chạy hơi nước.
Hình 2: Chiếc máy bơm nước chạy bằng sức gió, Mỹ 1800
Cuối thế kỷ 19, những bước đi đầu tiên:
- Năm 1888, Charles F. Brush đã chế tạo chiếc máy phát điện chạy sức gió
đầu tiên, và đặt tại Cleveland, Ohio. Nó có đặc điểm:
* Cánh được ghép thành xuyến tròn, đường kính vòng ngoài 17m;
* Sử dụng hộp số (tỉ số truyền 50:1) ghép giữa cánh turbine với trục máy
phát;
* Tốc độ định mức của máy phát là 500 vòng/phút;
* Công suất phát định mức là 12kW.
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
6

Tiểu luận cơ khí
Hình 3: Máy phát điện sức gió do Charles F.Brush chế tạo
- Năm 1891, tại trường đại học Askov Đan Mạch, giáo sư Paul LaCours đã
hoàn thành thiết bị phong điện đầu tiên với máy phát điện một chiều sau khi
nghiên cứu một cách hệ thống việc sử dụng năng lượng gió để phát điện.
Hình 4: Paul LaCours, Đan Mạch 1891
- Sau thế chiến thứ nhất, các công trình turbin gió được chú ý hơn rất
nhiều, đặc biệt việc nghiên cứu cơ bản về cơ chế hoạt động cánh quạt các máy
bay quân sự và dân dụng. Năm 1920 Betz đã vận dung “Lý thuyêt bề mặt chủ
động” vào các turbin gió và đã thu được tới 59% động năng của gió. Trên nền
tảng lý thuyết turbin mới đã xuất hiện những bước đầu các công trình turbin gió
hiện đại, như máy phát Balaclava công suất 100kW lắp đặt tại Nga năm 1931
hay máy phát Gedser công suất 200kW, lắp đặt tại đảo Gedser, đông nam Đan
Mạch.
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
7
Tiểu luận cơ khí
Hình 5: Máy phát Gedser (200kW), Đan Mạch 1931
 Sự phát triển của máy phát điện chạy sức gió trong thời kỳ này có đặc
điểm sau:
+ Ít về số lượng, lắp đặt rải rác nhưng tập trung chủ yếu ở Mỹ, các
nước Tây Âu như Đan Mạch, Đức, Pháp, Anh, Hà Lan;
+ Công suất máy phát thấp chủ yếu nằm ở mức vài chục kW.
- Những bước khởi hành ngoạn mục đã đình trệ khi thế chiến thứ 2 bùng
nổ. Riêng tại Mỹ công nghệ phong điện vẫn phát triển. Cùng với nhà sản xuất
thiết bị thủy điện Smith, lần đầu tiên kỹ sư Palmer C. Putnam đã hòa mạng một
thiết bị phong điện cỡ lớn (công suất 1250kW) với sự tham gia của các nhà
khoa học nổi tiếng. Thiết bị hoạt động từ 1941 tới 1945. Điện năng sản xuất
theo cách này đắt hơn khoảng 50%, vì vậy dự án của Putnam đã không phổ
biến rộng rãi được.

Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
8
Tiểu luận cơ khí
Hình 6: Smit-Putnam, 1250 KW, Mỹ 1941
- Sau thế chiến thứ 2, trong việc tái thiết châu Âu, phong điện lại được
quan tâm nhiều vào thập kỷ 50. Thông qua tổ chức hợp tác kinh tế châu Âu
(OEEC) các chuyên gia từ Anh, Đan Mạch, Đức, Pháp v.v. đã gặp gỡ và trao
đổi kinh nghiệm về phong điện.
+ Huetter đã theo đuổi một đề án hiện đại, cánh bằng sợi thủy tinh, điều
chỉnh đầu cánh bằng thủy lực, máy phát điện đồng bộ 50 Hz. Thiết bị hoạt động
tới năm 1968 sau nhiều lần gián đoạn.
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
9
Tiểu luận cơ khí
Hình 7: Huetter, 100 KW, Đức 1958
+ Johannes Juul đi theo một hướng khác hẳn. Mục đích của ông là một
phương án hòa mạng đơn giản và đảm bảo. Ông đã dựng nên thiết bị Gedser
nổi tiếng, hoạt động từ 1957 tới 1962 qua nhiều giờ hòa mạng. Ý tưởng của ông
là: một động cơ điện không đồng bộ được làm quay bởi một turbin gió, trở
thành một máy phát điện không đồng bộ. Bộ cánh đơn giản bằng gỗ nguyên
tấm có các thanh thép gia cường, được cấu tạo hợp lí về khí động học, khi gặp
gió mạnh sẽ tự điều chỉnh để công suất phát nằm trong một giới hạn nhất định.
Tấm hãm hình mái chèo có tác dụng giới hạn tốc độ quay, hạn chế lực văng
cánh quạt khi gió quá mạnh và phải ngắt mạch điện.
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
10
Tiểu luận cơ khí
Hình 8: J. Juul, Gedser 200 KW, Đan Mạch 1957
- Đầu những năm 60 dầu hỏa Trung Đông hạ giá nhiều, hành trình của
phong điện lại bị gián đoạn. Với hai cơn sốt giá dầu lửa 1973 và 1978 người ta

lại tìm đến phong điện. Năm 1977 những thiết bị phong điện Gedser của Juul
lại được dựng lên với mục đích nghiên cứu để hòa vào mạng. Với sự hỗ trợ của
nhà nước, các hãng hàng không và không gian vũ trụ đã dựng lên những trạm
phong điện lớn ở Mỹ, Đức, Thụy Điển và vài nước khác.
Hầu hết đều ngừng hoạt động sau vài trăm giờ vì những trở ngại kỹ thuật :
sớm quá, to quá, đắt quá. Trường hợp ngoại lệ là thiết bị Maglarp 300 kW, đã
hoạt động được với trên 20000 giờ hòa mạng, hoặc thiết bị TVIND 2000kW
tới nay vẫn hoạt động, mặc dù tác giả là một nhà sáng chế nghiệp dư.
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
11
Tiểu luận cơ khí
Hình 9: TVIND, 2000 KW , 1977
- Đầu thập niên 80 các nhà tiểu sản xuất máy nông nghiệp Đan Mạch
(Vestas, Bonus, Nordtank, Windworld…) đã thành công với những turbin có
đường kính 12 tới 15 m theo kiểu của Juul với máy phát không đồng bộ. Các
cánh Turbin bằng sợi thủy tinh dựa theo kiểu Huetter. Với công suất 30, 55
hoặc 75 kW các thiết bị thành công về mặt kỹ thuật và kinh tế, được nhà nước
đảm bảo hỗ trợ khi hòa mạng. Sau hơn 20 năm liên tục phát triển, các nhà sản
xuất nhỏ đã đưa ra thị trường những thiết bị với sải cánh 80 m tới 120 m, điều
mà trước đây các nền công nghiệp lớn chưa làm được.
- Tin học và kỹ thuật viễn thông cũng đóng góp phần quan trọng trong sự
hoàn thiện và việc điều hành… Các thiết bị phong điện ngày nay là thành quả
của nhiều thế hệ các nhà khoa học và công nghệ thế giới trong suốt hàng trăm
năm tìm tòi, thử nghiệm, cải tiến và sáng tạo. Các thiết bị cùng dựa trên nguyên
lí chung về biến đổi năng lượng nhưng cấu tạo rất khác nhau, và mỗi loại thích
hợp với những điều kiện cụ thể của từng địa điểm xây dựng.
2.2. Ứng dụng và xu hướng phát triển.
a. Ứng dụng của năng lượng gió :
- Từ xa xưa, năng lượng gió được dùng để di chuyển thuyền buồm hay
kinh khí cầu, dùng để tạo ra các công cơ học trong các cối xay gió…

- Ngày nay, ứng dụng phát triển nhất của nguồn năng lượng này là tạo ra
nguồn điện năng nhờ vào các tuabin gió và đã được áp dụng nhiều ở các nước
phát triển.
- Ưu điểm dễ thấy nhất của điện bằng sức gió là không tiêu tốn nhiên
liệu, không gây ô nhiễm môi trường như các nhà máy nhiệt điện, dễ chọn địa
điểm và tiết kiệm đất xây dựng, khác hẳn với các nhà máy thủy điện chỉ có thể
xây dựng gần dòng nước mạnh với những điều kiện đặc biệt và cần diện tích rất
lớn cho hồ chứa nước.
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
12
Tiểu luận cơ khí
- Các trạm điện bằng sức gió có thể đặt gần nơi tiêu thụ điện, như vậy sẽ
tránh được chi phí cho việc xây dựng đường dây tải điện. Ngày nay điện bằng
sức gió đã trở nên rất phổ biến, thiết bị được sản xuất hàng loạt, công nghệ lắp
ráp đã hoàn thiện nên chi phí cho việc hoàn thành một trạm điện bằng sức gió
hiện nay chỉ bằng 1/4 so với năm 1986. Trạm điện bằng sức gió có thể đặt ở
những địa điểm và vị trí khác nhau, với những giải pháp rất linh hoạt và phong
phú. Các trạm điện bằng sức gió đặt ở ven biển cho sản lượng cao hơn các trạm
nội địa vì bờ biển thường có gió mạnh. Giải pháp này tiết kiệm đất xây dựng,
đồng thời việc vận chuyển các cấu kiện lớn trên biển cũng thuận lợi hơn trên
bộ. Dải bờ biển VN trên 3.000km có thể tạo ra công suất hàng tỉ kW điện bằng
sức gió.
- Những mỏm núi, những đồi hoang không sử dụng được cho công
nghiệp, nông nghiệp cũng có thể đặt được trạm điện bằng sức gió. 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 đặt trạm điện bằng sức gió dùng cho
các nhu cầu trong nhà và cung cấp điện cho thành phố khi không dùng hết điện.
Trạm điện này càng có ý nghĩa lớn hơn khi thành phố bất ngờ bị mất điện.
- Đặt một trạm điện bằng sức gió bên cạnh các trạm bơm thủy lợi ở xa
lưới điện quốc gia sẽ tránh được việc xây dựng đường dây tải điện với chi phí

lớn gấp nhiều lần chi phí xây dựng một trạm điện bằng sức gió. Việc bảo quản
một trạm điện bằng sức gió cũng đơn giản hơn việc bảo vệ đường dây tải điện
rất nhiều.
- Một trạm 40kW có thể đủ cho một xã vùng cao, một đoàn thăm dò địa
chất hay một khách sạn du lịch biệt lập, nơi đường dây chưa thể vươn tới được.
Một nông trường cà phê hay cao su trên cao nguyên có thể xây dựng trạm điện
bằng sức gió hàng trăm hoặc hàng ngàn kW, vừa phục vụ đời sống công nhân,
vừa cung cấp nước tưới và dùng cho xưởng chế biến sản phẩm
- Tuy nhiên, Gió là dạng năng lượng vô hình và mang tính ngẫu nhiên rất
cao nên khi đầu tư vào lĩnh vực này cần có các số liệu thống kê đủ tin cậy, và
không phải nơi nào đặt trạm phong điện cũng có hiệu quả như nhau. Để có sản
lượng điện cao cần tìm đến những nơi có nhiều gió. Các vùng đất nhô ra biển
và các thung lũng sông thường là những nơi có lượng gió lớn. Một vách núi cao
có thể là vật cản gió nhưng cũng có thể lại tạo ra một nguồn gió mạnh thường
xuyên, rất có lợi cho việc khai thác phong điện. Khi chọn địa điểm đặt trạm có
thể dựa vào các số liệu thống kê của cơ quan khí tượng hoặc kinh nghiệm của
nhân đân địa phương, nhưng chỉ là căn cứ sơ bộ. Lượng gió mỗi nơi còn thay
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
13
Tiểu luận cơ khí
đổi theo từng địa hình cụ thể và từng thời gian. Tại nơi dự định dựng trạm
phong điện cần đặt các thiết bị đo gió và ghi lại tổng lượng gió hàng năm, từ đó
tính ra sản lượng điện có thể khai thác, tuơng ứng với từng thiết bị phong điện.
Việc này càng quan trọng hơn khi xây dựng các trạm công suất lớn hoặc các
vùng phong điện tập trung.
b. Xu hướng phát triển:
- Hiện nay, trong số các nguồn năng lượng mới, năng lượng bằng sức gió
phát triển nhanh nhất trên thế giới vì nguyên liệu dồi dào, rẻ tiền, dễ áp dụng,
sạch và không làm hại môi trường.
- Đối mặt với vấn đề toàn cầu đang ấm lên và môi trường xuống cấp, việc

tìm ra nguồn năng lượng gío không gây ô nhiễm và sử dụng hiệu quả là một
yếu tố cực kỳ quan trọng trong việc bảo vệ thế giới mà ta đang sống.
Và cho đến hôm nay, công nghệ gió đã tiến đến mức độ là giá thành của loại
điện năng này tương đương với giá thành của các nguồn điện năng khác như
than đá, khí đốt, v.v Và đây cũng là nguồn hy vọng của thế giới trong tương
lai trước vấn nạn hâm nóng toàn cầu. Đảm bảo cung cấp một nguồn năng
lượng sạch vì nguyên liệu được dùng là "gió". Nguồn năng lượng này không
làm ô nhiễm không khí như nguồn điện năng xuất phát từ các nhà máy phát
điện bằng than hay khí đốt. Các turbine gió không tạo ra mưa acid do khí thải
SO2, hay các khí nhà kính. Nguồn năng lượng nầy tương tự như năng lượng
mặt trời, vì gió là nguyên nhân của sự hâm nóng bầu khí quyển quanh mặt trời,
do sự chuyển vận của trái đất, và do mặt đất lồi lõm. Ba yếu tố trên là ba
nguyên nhân chính tạo thành gió. Hiện tại, giá thành của nguồn điện năng nầy
giao động từ 4 đến 6 xu/KW/giờ tùy theo nguồn gió của từng địa phương.
- Năng lượng gió đang tăng trưởng với tỷ lệ 30% / năm, với công suất lắp
đặt trên 158 gigawatt (GW) năm 2009, và được sử dụng rộng rãi ở châu Âu ,
châu Á , và Hoa Kỳ.Kết thúc năm 2009, tích lũy toàn cầu quang điện đã vượt
qua 21 GW tại các nhà máy điện được phổ biến ở Đức và Tây Ban Nha.
- Dự án sử dụng năng lượng gió đang được phát triển trên toàn thế giới
với nhịp độ rất nhanh. Trong tương lai, một nhà máy điện sức gió sẽ có diện
tích lớn như Ả rập Xê út, và giá điện sẽ cao gấp đôi hiện nay. Nhưng mặt khác,
trái đất sẽ đủ gió để sản xuất điện năng đáp ứng nhu cầu của nhân loại. Đó là
kết luận lạc quan về tiềm năng của sức gió trong cuộc nghiên cứu tổng hợp nhất
về các nguồn gió trong đất liền trên toàn thế giới, được công bố trong tập san
Energy Economics.
- Tổ chức Năng lượng gió Châu Âu đang tiến hành một chiến lược phát
triển rầm rộ nhất cho năng lượng gió với mục tiêu đưa năng lượng gió vào
nhóm những nguồn năng lượng quan trọng nhất. Theo kế hoạch của tổ chức
này, mục tiêu đến năm 2020, sản lượng điện gió sẽ đạt 94,8 GW, chiếm 12,1%
tổng sản lượng điện năng của thế giới. Theo kế hoạch này đến năm 2020, tổng

Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
14
Tiểu luận cơ khí
công suất của Châu Âu sẽ là 180 GW trong đó có 70 GW được xây dựng ngoài
thềm lục địa gấp 72 lần công suất năm 1995, đủ cung cấp cho 195 triệu dân.
Các kế hoạch phát triển các trạm điện gió ngoài thềm lục địa cũng đang được
tiến hành để lợi dụng gió biển và ước tính sẽ chiếm trên 40% sản lượng điện
gió tương lai của Châu Âu . Cũng theo dự đoán này thì năng lượng gió sẽ tăng
dần và vượt qua nhiều nguồn năng lượng truyền thống nhưng tiềm ẩn rủi ro cao
như điện hạt nhân và thủy điện lớn, và vào năm 2030 năng lượng gió sẽ trở
thành nguồn năng lượng chiếm tỷ trọng lớn thứ hai, chỉ đứng sau nhiệt điện .
- Hội đồng Năng lượng Gió Thế giới cũng đưa ra những dự báo hết sức
khả quan cho triển vọng phát triển năng lượng điện gió. Theo Hội đồng này,
đến năm 2020 sản lượng điện gió sẽ chiếm tới 12% trong tổng sản lượng điện
năng của thế giới. Để đạt được mục tiêu này, thế giới sẽ đầu tư khoảng 100 tỷ
USD mỗi năm vào điện gió, đồng thời tạo ra 2,3 triệu việc làm và giảm được
một lượng đáng kể khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính. Một thị trường về năng
lượng gió sẽ phát triển mạnh mẽ đưa giá thành lắp đặt cũng như vận hành điện
gió xuống mức rẻ nhất, với chi phí lắp đặt khoảng 600 USD trên một đơn vị
kW công suất và giá điện thương phẩm sẽ dưới 3 USD/kWh.i
- Các nghiên cứu về năng lượng gió cũng như những thảo luận hiện nay
đã tạo nên một không khí sôi nổi tại các hội nghị khoa học và trong dư luận xã
hội. Năng lượng gió ngày càng được quan tâm hơn, nhằm đáp ứng nhu cầu phát
triển bền vững về mặt năng lượng, đồng thời bảo đảm an ninh và sự tự chủ về
năng lượng cho các quốc gia. Hơn nữa, điện gió còn tạo nên được một thị
trường mới với các sản phẩm có giá trị gia tăng cao và giúp tạo thêm nhiều việc
làm mới cho xã hội. Các dự báo về tốc độ phát triển của năng lượng gió thường
xuyên phải điều chính để phản ánh chính xác hơn tốc độ tăng trưởng vượt bậc
của ngành công nghiệp điện gió. Chúng ta chắc chắn sẽ thấy được đóng góp
tích cực của ngành công nghiệp điện gió một cách toàn diện vào đời sống kinh

tế – chính trị thế giới trong một tương lai không xa.
2.3. Những hạn chế và khó khăn đối với nguồn năng lượng gió.
- Sự phát triển các dự án mới bị cản trở do việc thiếu thông tin chính xác
và đáng tin cậy về năng lượng gió ở nhiều khu vực trên thế giới.Những thông
tin này đang rất cần thiết cho chính phủ,các ngân hàng phát triển đa phương
,các nhà đầu tư khác trong việc ưu tiên phát triển năng lượng gió và chọn vùng
tiềm năng về gió. Đặc biệt là khu vực Đông Nam Á,nơi mà có rất ít những số
liệu có ích về gió và những kinh nghiệm trong việc phổ biến và lan rộng các dự
án phát triển năng lượng gió.
- Bên cạnh đó nó còn những bất lợi như nguồn năng lượng này là tuỳ
thuộc vào thiên nhiên,nên nó sẽ không đáp ứng được các nhu cầu cần thiết của
con người vì con người không thể kiểm soát được nguồn gió và nguồn điện
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
15
Tiểu luận cơ khí
năng này không thể giữ lại được nguồn điện dư thừa trừ khi chuyển điện qua
các bình điện dự trữ rất tốn kém và không hiệu quả kinh tế. Nguồn gió nhiều và
đều đặn thường ở khu vực xa thành phố, do đó ngoài việc xử dụng tại chỗ, điện
năng từ gió khó được chuyển về các khu đông dân cư. Do đó, trước khi có
những biện pháp nhằm giải quyết các thuận lợi trên, năng lượng từ gió có thể
xem như một nguồn năng lượng dự phòng ngoài các nguồn năng lượng chính
yếu khác.
- Vì gió không thổi đều đặn nên năng lượng điện phát sinh từ các tuốc bin
gió chỉ có thể được sử dụng kết hợp chung với các nguồn năng lượng khác để
cung cấp năng lượng liên tục. Tại châu Âu, các tuốc bin gió được nối mạng
toàn châu Âu, nhờ vào đó mà việc sản xuất điện có thể được điều hòa một
phần. Một khả năng khác là sử dụng các nhà máy phát điện có bơm trữ để bơm
nước vào các bồn chứa ở trên cao và dùng nước để vận hành tuốc bin khi không
đủ gió. Xây dựng các nhà máy điện có bơm trữ này là một tác động lớn vào
thiên nhiên vì phải xây chúng trên các đỉnh núi cao.

- Mặt khác, vì có ánh sáng Mặt Trời nên gió thổi vào ban ngày thường
mạnh hơn vào đêm và vì vậy mà thích ứng một cách tự nhiên với nhu cầu năng
lượng nhiều hơn vào ban ngày. Công suất dự trữ phụ thuộc vào độ chính xác
của dự báo gió, khả năng điều chỉnh của mạng lưới và nhu cầu dùng điện.
- Dĩ nhiên, không có một nguồn năng lượng nào mà không ảnh hưởng đến
môi trường. Trong trường hợp năng lượng gió, ảnh hưởng cần phải lưu tâm là
các turbine gió gây ra tiếng động làm đảo lộn các luồng sóng trong không khí
có thể làm xáo trộn hệ sinh thái của các loài chim hoang dã và làm nhiễu xạ trở
ngại chính cho việc phát tuyến trong truyền thanh và truyền hình (Các bất thuận
lợi này đã được giải quyết bằng kỹ thuật làm cánh quạt mới to và cao hơn hiện
tại, do đó quạt sẽ quây chậm hơn, không làm đảo lộn phương hướng di chuyển
của chim muông và giảm thiểu sự biến đổi của hệ sinh thái chung quanh). Tuy
nhiên, những bất lợi này không thể phản bác lại một lợi điểm quan trọng trong
việc sản xuất nguồn năng lượng này là giảm thiểu được lượng khí CO2 phóng
thích vào không khí, nguyên tố chính của sự hâm nóng toàn cầu.
2.4. Kết luận:
- Trên thế giới hiện nay đang dùng 2 hệ thống máy phát sử dụng tuabin gió
đó là máy phát sử dụng tuabin gió trục ngang và tuabin gió trục đứng. Hệ thống
sử dụng tuabin gió trục ngang là hệ thống phát triển đầu tiên trên thế giới, hệ
thống này đã và đang được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước như Đức, Mỹ, Tây
Ban Nha, Đan Mạch Về cơ bản thì hệ thống đã hoàn thiện cả về cấu tạo, kết
cấu cơ khí và hệ thống điều khiển. Tuy nhiên hệ thống này cũng có một số
nhược điểm đó là cấu tạo, kết cấu rất cồng kềnh; hoạt động gây ồn; cánh quạt
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
16
Tiểu luận cơ khí
lắp cố định với trục quay nên không điều khiển được công suất phát điện cho
tải, nếu muốn ổn định công suất cho tải cần phải dùng nhiều hệ thống máy phát
điện đặt ở nhiều nơi khác nhau nối ghép với nhau để bù công suất khi cường độ
gió thay đổi, khi bảo dưỡng thay thế gặp nhiều khó khăn…

- Hệ thống sử dụng tuabin gió trục đứng đang là hướng nghiên cứu mới
hiện nay do hệ thống này khắc phục được một số nhược điểm của hệ thống trục
ngang như là kết cấu nhỏ gọn; điều khiển công suất cho tải một cách độc lập;
điều khiển góc mở của cánh gió theo hướng gió và theo cường độ gió. Như ta
đã biết nhược điểm lớn nhất của tuabin gió trục đứng là khi quay nếu các cánh
gió đều mở thì một bên có tác dụng hứng gió làm tuabin quay, bên còn lại cản
gió làm giảm tốc độ quay của tuabin. Một số nghiên cứu gần đây khắc phục
nhược điểm đó băng cách điều khiển góc mở cánh gió thông qua việc thiết kế
hình dáng động học của cánh gió hoặc dùng phương pháp che gió không cho
tác động vào cánh gió ở nửa cản gió của tuabin đối với loại có công suất nhỏ
hoặc sử dụng một số cách điều khiển cơ khí như sử dụng kết cấu cam đối với
loại có công suất lớn mà chưa quan tâm đến điều khiển góc mở của cánh sử
dụng các bộ điều khiển bằng điện kết hợp với kết cấu cơ khí để điều khiển công
suất cho tải khi hướng gió cũng như cường độ gió thay đổi. Để phát huy các ưu
điểm của hệ thống tuabin gió trục đứng là điều khiển được công suất cho tải
phù hợp với cường độ gió ta phải có sự kết hợp giữa điều khiển điện và cơ
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
17
Tiểu luận cơ khí
Chương 3: ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU
3.1. Mục tiêu nghiên cứu :
Khi nguồn năng lượng hoá thạch đang dần bị can kiệt, trong khi mức sống
của người dân càng cao, trình độ sản xuất của nền kinh tế ngày càng hiện đại
thì nhu cầu về năng lượng cũng ngày càng lớn, và việc thỏa mãn nhu cầu này
thực sự là một thách thức đối với hầu hết mọi quốc gia .Việc nâng cao hiệu suất
và phát triển, ứng dụng năng lượng gió, biến năng lượng gió thành điện năng để
giảm giá thành là vấn đề quan trọng trong quá trình sử dụng nguồn năng lượng
sạch ở hiện tại và trong tương lai.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu tìm hiểu việc phát triển ứng dụng năng
lượng gió bằng việc sử dụng tuabin gió trục đứng (VAWT). Đề xuất ra các giải

pháp công nghệ giúp cho việc khai thác và sử dụng nguồn năng lượng này một
cách có hiệu quả nhất qua đó thấy được những thành quả mà nguồn năng lượng
này đem lại. Khuyến khích cho các quốc gia sử dụng năng lượng gió,và trong
tương lai không xa, năng lượng gió sẽ là nguồn cung cấp điện năng chính cho
các quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam.
3.2. Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.
a. Cấu tạo tuabin gió:
Bao gồm các phần chính sau đây:
- Anemometer: Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ
điểu khiển.
- Blades: Cánh quạt. Gió thổi qua các cánh quạt và là nguyên nhân làm
cho các cánh quạt chuyển động và quay.
- Brake: Bộ hãm (phanh). Dùng để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấp
bằng điện, bằng sức nước hoặc bằng động cơ.
- Controller: Bộ điều khiển. Bộ điều khiển sẽ khởi động động cơ ở tốc độ
gió khoảng 8 đến 14 dặm/giờ tương ứng với 12 km/h đến 22 km/h và tắc
động cơ khoảng 65 dặm/giờ tương đương với 104 km/h bởi vì các máy
phát này có thể phát nóng.
- Gear box: Hộp số. Bánh răng được nối với trục có tốc độ thấp với trục
có tốc độ cao và tăng tốc độ quay từ 30 đến 60 vòng/ phút lên 1200 đến
1500 vòng/ phút, tốc độ quay là yêu cầu của hầu hết các máy phát điện
sản xuất ra điện. Bộ bánh răng này rất đắt tiền nó là một phần của bộ động
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
18
Tiểu luận cơ khí
cơ và tuabin gió.
- Generator: Máy phát. Phát ra điện
- High - speed shaft: Trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao .
- Low - speed shaft: Trục quay tốc độ thấp .

- Nacelle: Vỏ. Bao gồm rotor và vỏ bọc ngoài, toàn bộ được dặt trên đỉnh
trụ và bao gồm các phần: gear box, low and high - speed shafts, generator,
controller, and brake. Vỏ bọc ngoài dùng bảo vệ các thành phần bên trong
vỏ. Một số vỏ phải đủ rộng để một kỹ thuật viên có thể đứng bên trong
trong khi làm việc.
- Pitch: Bước răng. Cánh được xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho
rotor quay trong gió không quá cao hay quá thấp để tạo ra điện.
- Rotor: Bao gồm các cánh quạt và trục.
b. Hoạt động:
Các tuabin gió tạo ra điện như thế nào? Một cách đơn giản là một tuabin
gió làm việc trái ngược với một máy quạt điện, thay vì sử dụng điện để tạo ra
gió như quạt điện thì ngược lại tuabin gió lại sử dụng gió để tạo ra điện.
Các tuabin gió hoạt động theo một nguyên lý rất đơn giản. Năng lượng của
gió làm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay quanh 1 rotor. Mà rotor được nối với trục
chính và trục chính sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát để tạo ra điện.
Các tuabin gió được đặt trên trụ cao để thu hầu hết năng lượng gió. Ở tốc độ
30 mét trên mặt đất thì các tuabin gió thuận lợi: Tốc độ nhanh hơn và ít bị các
luồng gió bất thường.
Các tuabin gió có thể sử dụng cung cấp điện cho nhà cửa hoặc xây dựng,
chúng có thể nối tới một mạng điện để phân phối mạng điện ra rộng hơn.
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
19
Tiểu luận cơ khí
Nhìn từ phía ngoài vào một xưởng năng lượng gió thấy được một nhóm các
tuabin làm việc và tạo ra điện nhờ các đường dây tiện ích như thế nào? Điện
được truyền qua dây dẫn phân phối từ các nhà, các cơ sở kinh doanh, các
trường học
- Ưu điểm chính của tua bin gió trục thẳng đứng là nó là đa hướng không
đòi hỏi một cái đuôi để cân bằng. Điều này có nghĩa rằng xây dựng là đơn giản
và sẽ không có nguy cơ tổn thất hiệu suất gây ra bởi một turbine gió lệch.

VAWT dễ dàng truyền mômen theo trục thẳng đứng, do đó các hộp số và máy
phát điện có thể được đặt ở mặt đất. Điều này cho phép bảo dưỡng được thực
hiện dễ dàng hơn, cũng như làm cho nó đơn giản hơn, dễ dàng cách âm để giảm
thiểu tiếng ồn cơ khí.
- Để phát triển năng lượng gió, ngòai việc sử dụng tuabin gió trục đứng, có
thể dự báo và lập ra các biểu đồ gió. Qua đó, khảo sát và tìm ra những vùng có
tiềm năng về gió.
Một cuộc khảo sát mới về năng lượng gió toàn thế giới cho thấy nó có thể
đáp ứng đủ nhu cầu năng lượng của mọi quốc gia. Sau khi thu thập hơn 8.000
tài liệu về gió trên mọi lục địa, nhà nghiên cứu Christina Archer và Mark
Jacobson thuộc ĐH Stanford (Mỹ) đã tạo ra một bộ bản đồ về năng lượng gió
của thế giới. Bản đồ tiết lộ gió có thể tạo ra 72 terawatt (72 nghìn tỷ watt) điện
năng, gấp 40 lần tổng sản lượng điện mà mọi quốc gia trên thế giới sử dụng
trong năm 2000. Nếu con người khai thác chỉ 20% tổng số này, nó sẽ thoả mãn
mọi nhu cầu năng lượng của thế giới. Theo Archer, năng lượng gió còn dồi dào
hơn do nhiều lục địa thiếu dữ liệu về gió trên những khu vực lớn.
Nghiên cứu trên, cùng với các bản đồ về những vùng gió tốc độ cao của
mỗi lục địa, được công bố trên Tạp chí Geophysical Research - Atmospheres,
số tháng 5/2005. Những địa điểm có nhiều gió nhất là dọc biển Bắc (châu Âu),
quanh mũi phía nam của Nam Mỹ, đảo Tasmania, vùng Hồ Lớn Bắc Mỹ, các
bờ biển Đông Bắc và Tây Nam của Bắc Mỹ.
Năng lượng gió hiện chỉ chiếm 0,5% vào tổng sản lượng điện của thế
giới. Nguyên nhân là do không có đầy đủ dữ liệu về gió để giúp mọi người đặt
các tuốc-bin gió khổng lồ đúng chỗ. Một nguyên nhân nữa là quan niệm sai lầm
cho rằng gió không đáng tin cậy. Cũng không dễ dàng gì khi thuyết phục các
công ty điện ở những vùng nhiều gió bỏ thói quen dùng nhiên liệu hoá thạch.
Tin tức đáng mừng là ngày càng nhiều các nhà máy sản xuất điện từ gió
đang được xây dựng, với tốc độ tăng trưởng 34% mỗi năm trong 5 năm qua.
Điều đó làm cho năng lượng gió là nguồn điện năng tăng trưởng nhanh
nhất.Lần đầu tiên, các nhà khoa học đã xây dựng được một bản đồ mới cho

toàn trái đất, tiết lộ những địa điểm có đủ sức gió để xây dựng các nhà máy
điện. Họ cũng tìm thấy rằng sức gió có thể cung cấp điện năng nhiều hơn 40 lần
so với nhu cầu của toàn thế giới.
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
20
Tiểu luận cơ khí
Để có được bản đồ này, các nhà khoa học đã kết hợp dữ liệu về tốc độ gió
từ hơn 8.000 điểm trên hành tinh - gồm 7.500 trạm mặt đất và 500 trạm trên
khinh khí cầu. Họ đo tốc độ gió ở độ cao 80 mét so với mặt đất, tương ứng với
độ cao của một cánh quạt trong tuabin gió hiện đại. Tại các trạm mặt đất, tốc độ
gió chỉ được đo ở độ cao 10 mét, song từ đây các nhà nghiên cứu đã phát triển
một phương pháp để suy luận ra tốc độ gió ở những chiều cao lớn hơn.Họ phát
hiện thấy 13% trong số 8.000 điểm có tốc độ gió vượt cấp 3 quanh năm. Cấp 3
tương ứng với 6,9 mét/giây, được xem là đủ mạnh để có thể khả thi về mặt kinh
tế.Bản đồ mới này được xem như một bước tiến hướng tới mục tiêu đó. Nó
công bố các địa điểm mà những nhà máy điện có thể có hiệu quả nhất, hầu hết
nằm gần với bờ biển
c. Kết quả:
Việc sử dụng tuabin gió trục đứng góp phần đáng kể vào việc úng dụng và
phát triển năng lượng gió.
- Tính kinh tế của phong điện
Chi phí để xây dựng một trạm phong điện gồm :
• Chi phí cho máy phát điện và các cánh đón gió chiếm phần chủ yếu. Có
nhiều hãng sản xuất các thiết bị này, nhưng với giá bán và chất lượng kỹ
thuật rất khác nhau.
• Chi phí cho bộ ổn áp và hòa mạng, tự động đưa dòng điện về điện áp và
tần suất với mạng điện quốc gia.
• Chi phí cho ắc-quy, bộ nạp và thiết bị đổi điện từ ắc-quy trở lại điện xoay
chiều. Các bộ phận này chỉ cần cho các trạm hoạt động độc lập.
• Chi phí cho phần tháp hoặc trụ đỡ tùy thuộc chiều cao trụ, trọng lượng

thiết bị và các điều kiện địa chất công trình. Phần tháp có thể sản xuất tại
Việt Nam để giảm chi phí. Với các trạm phong điện đặt trên nóc nhà cao
(H.7) thì chi phí này hầu như không đáng kể.
• Chi phí cho việc vận chuyển tới nơi xây dựng và công việc lắp đặt trạm.
Chi phí này ở Việt Nam rẻ hơn rất nhiều so với các nước khác, đặc biệt
nếu xây dựng ở vùng ven biển, ven sông hoặc dọc theo các tuyến đường
sắt.
- So sánh chi phí đầu tư giữa phong điện và thủy điện
Toàn bộ chi phí cho một trạm phong điện 4800 kW khoảng 3 000 000
Euro. Với 500 trạm phong điện loại 4800 kW sẽ có công suất 2,4 triệu kW,
bằng công suất nhà máy thủy điện Sơn La , tổng chi phí sẽ là :
500 x 3 000 000 € = 1,50 tỷ Euro = 1,875 tỷ USD,
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
21
Tiểu luận cơ khí
chi phí này nhỏ hơn 2,4 tỷ USD, là dự toán xây dựng nhà máy thủy điện Sơn
La.
Kinh phí, nhân lực và thời gian cho việc xây dựng phong điện: Nhiệt điện và
thủy điện thường được phát đi từ những nhà máy có công suất lớn, cần có sự
đầu tư, xây dựng và quản lý của ngành điện lực Nhà nước. Các trạm phong
điện có vốn đầu tư nhỏ hơn nhiều, dù xây dựng đơn chiếc hay hàng loạt. Một
địa phương, một nhà đầu tư, một doanh nghiệp hoặc cá nhân cũng có thể sở
hữu được một hoăc một số trạm phong điện, tùy theo nhu cầu và khả năng tài
chính của mình.
Khi tính đầy đủ cả các chi phí ngoài – là những chi phí phát sinh bên cạnh
những chi phí sản xuất truyền thống, thì lợi ích của việc sử dụng năng lượng
gió càng trở nên rõ rệt. So với các nguồn năng lượng gây ô nhiễm (ví dụ như ở
nhà máy nhiệt điện Ninh Bình) hay phải di dời quy mô lớn (các nhà máy thủy
điện lớn), khi sử dụng năng lượng gió, người dân không phải chịu thiệt hại do
thất thu hoa màu hay tái định cư, và họ cũng không phải chịu thêm chi phí y tế

và chăm sóc sức khỏe do ô nhiễm.
Ngoài ra với đặc trưng phân tán và nằm sát khu dân cư, năng lượng gió
giúp tiết kiệm chi phí truyền tải. Hơn nữa, việc phát triển năng lượng gió ở cần
một lực lượng lao động là các kỹ sư kỹ thuật vận hành và giám sát lớn hơn các
loại hình khác, vì vậy giúp tạo thêm nhiều việc làm với kỹ năng cao.
Tại các nước Châu Âu, các nhà máy điện gió không cần đầu tư vào đất đai
để xây dựng các trạm tourbin mà thuê ngay đất của nông dân. Giá thuê đất
(khoảng 20% giá thành vận hành thường xuyên) giúp mang lại một nguồn thu
nhập ổn định cho nông dân, trong khi diện tích canh tác bị ảnh hưởng không
nhiều.
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
22
Tiểu luận cơ khí
Chương 4: KẾT LUẬN
Trong bối cảnh giá dầu mỏ thế giới ngày càng tăng, các nguồn năng lượng
hóa thạch (than đa, dầu mỏ …) ngày càng khan hiếm, phát triển và ứng dụng
năng lượng tái tạo là sự cân thiết cho mỗi quốc gia. Và năng lượng gió sẽ là lựa
chọn số một.
Để tăng hiệu quả của năng lượng gió, trên thế giới đang phát triển các laọi
tubin gió trục đứng, kết hợp năng lượng gió với nguồn năng lượng tái tạo khác
như thủy triều, năng lượng mặt trời…
Người ta còn có một công nghệ khác để tích trữ năng lượng gió. Cánh quạt
gió sẽ được truyền động trực tiếp để quay máy nén khí. Động năng của gió
được tích lũy vào hệ thống nhiều bình khí nén. Hệ thống hàng loạt bình khí nén
này sẽ được luân phiên tuần tự phun vào các turbine để quay máy phát điện.
Như vậy năng lượng gió được lưu trữ và sử dụng ổn định hơn (dù gió mạnh hay
gió yếu thì khí vẫn luôn được nén vào bình, và người ta sẽ dễ dàng điểu khiển
cường độ và lưu lượng khí nén từ bình phun ra), hệ thống các bình khí nén sẽ
được nạp khí và xả khí luân phiên để đảm bảo sự liên tục cung cấp năng lượng
quay máy phát điện (khi 1 bình đang xả khí quay máy phát điện thì các bình

khác sẽ đang được cánh quạt gió nạp khí nén vào).
- Có thể thực hiện phong trào toàn dân làm phong điện theo những cách
như sau :
Nhà nước cho phép các địa phương, các ngành, các nhà đầu tư, các doanh
nghiệp hoặc cá nhân được quyền xây dựng và sở hữu một số trạm phong điện,
tùy theo nhu cầu và khả năng tài chính của mình. Chủ sở hữu được quyền sử
dụng sản lượng điện sản xuất ra hoặc bán cho ngành điện lực qua lưới điện
quốc gia. Hơn nữa thông qua việc thu mua điện của các trạm phong điện tư
nhân và phân phối lại qua mạng điện quốc gia, ngành điện Nhà nước còn thu
được một khoản kinh phí đáng kể.
Ngành điện vận động các nhà đầu tư, các doanh nghiệp hoặc cá nhân đóng
trước từ 1 tới 5 năm tiền điện, và cam kết sau này người đóng tiền trước sẽ
được giảm giá điện theo một tỷ lệ đáng kể, trong một thời gian tùy theo số tiền
đóng trước. Đây là một cách huy động vốn để xây dựng phong điện. Chỉ cần số
tiền điện 5 năm đã huy động được, có thể đủ kinh phí để xây dựng số trạm
phong điện có sản lượng tương ứng với nhu cầu của người ứng tiền. Việc cam
kết giảm giá điện sẽ làm cho các doanh nghiệp yên tâm khi ứng tiền trước,
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
23
Tiểu luận cơ khí
trong tình hình giá dầu khí và các loại nhiên liệu tăng liên tục từ nhiều năm nay.
Sau khi xây dựng xong, ngành điện có thể bán trạm phong điện để có vốn làm
các trạm khác.
Việc xây dưng các trung tâm phong điện lớn với hình thức công ty cổ phần,
bán cổ phiếu chứng khoán chắc chắn sẽ được hưởng ứng mạnh mẽ khi mọi
người thấy được hiệu quả rất cao của việc đầu tư vào phong điện.
- Việc thông qua các điều luật quốc gia về phát triển ngành năng lượng sử
dụng, các nguồn tái tạo và sự trợ giúp của Nhà nước là những yếu tố quan trọng
để các nhà máy phong điện được xây dựng rộng rãi ở các quốc gia EU. Theo
kinh nghiệm của Đức và Đan Mạch, Tây Ban Nha, Pháp và Italia cũng đã thông

qua những luật tương tự, nhờ vậy tình hình phát triển ngành năng lượng sử
dụng các nguồn tái tạo ở những quốc gia này đã làm thay đổi cơ bản.
Tìm ra các hướng nghiên cứu mới như sử dụng tuabin gió không cánh:
vì không có cánh quạt, yêu cầu bảo dưỡng đối với loại tua-bin này không lớn
nên sẽ giảm được chi phí vận hành. Tua-bin được chống chủ yếu nhờ bộ đỡ từ.
Một điểm lợi khác là tất cả các thiết bị phát điện đều được đặt ở mặt đất, vì thế,
việc bảo dưỡng cũng trở nên dễ dàng hơn. Hơn nữa, tuabin không cánh có lưới
che chắn không gây tổn hại đến chim và dơi, tránh được khả năng ảnh hưởng
thị giác do các cánh quạt quay và việc xây dựng đúng cách có thể làm cho
tuabin gần như trong suốt đối với phát xạ sóng ngắn của hệ thống rađa, chẳng
hạn như từ một phương tiện quốc phòng ở gần đó. Nhờ chi phí bảo dưỡng giảm
và hạn chế yêu cầu về cơ sở hạ tầng, thậm chí tuabin có thể đặt trên các mái nhà
ở đô thị.
Ngoài ra, thiết kế của tuabin cũng có thể ứng dụng cho năng lượng địa
nhiệt, trong đó chất lỏng được đun nóng dùng để điều khiển tuabin. Thậm chí,
tuabin có thể hoạt động trong chất lỏng tương đối mát, phát minh có thể mang
lại lợi ích đặc biệt cho những nơi không đủ nguồn năng lượng địa nhiệt để tạo
ra luồng hơi cực nóng cần thiết để chạy một động cơ hơi nước thông thường.
* Đối với Việt Nam:
- Tình hình cung - cầu điện năng ở Việt Nam:
Tốc độ tăng trưởng trung bình của sản lượng điện ở Việt Nam trong 20
năm trở lại đây đạt mức rất cao, khoảng 12-13%/năm - tức là gần gấp đôi tốc độ
tăng trưởng GDP của nền kinh tế. Và theo dự báo của Tổng Công ty Điện lực
Việt Nam, nếu tốc độ tăng trưởng GDP trung bình tiếp tục được duy trì ở mức
7,1%/năm thì nhu cầu điện sản xuất của Việt Nam vào năm 2020 sẽ là khoảng
200.000 GWh, vào năm 2030 là 327.000 GWh. Trong khi đó, ngay cả khi huy
động tối đa các nguồn điện truyền thống thì sản lượng điện nội địa của chúng ta
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
24
Tiểu luận cơ khí

cũng chỉ đạt mức tương ứng là 165.000 GWh (năm 2020) và 208.000 GWh
(năm 2030). Điều này có nghĩa là nền kinh tế sẽ bị thiếu hụt điện một cách
nghiêm trọng, và tỷ lệ thiếu hụt có thể lên tới 20-30% mỗi năm. Nếu dự báo
này của Tổng Công ty Điện lực trở thành hiện thực thì hoặc là chúng ta phải
nhập khẩu điện với giá đắt gấp 2-3 lần so với giá sản xuất trong nước, hoặc là
hoạt động sản xuất của nền kinh tế sẽ rơi vào đình trệ, còn đời sống của người
dân sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
- Một số lựa chọn chính sách của Việt Nam:
Đứng trước thách thức thiếu hụt điện (không nằm ngoài xu thế chung của
toàn cầu), chúng ta cần cân nhắc những biện pháp ứng xử thích hợp. Trong
ngắn hạn, việc tiết kiệm điện trong các hoạt động sản xuất và sinh hoạt đóng
vai trò hết sức quan trọng. Bên cạnh đó, cũng có thể xem xét phương án tăng
giá điện như đề xuất hiện nay của Bộ Công nghiệp. Việc tăng giá điện một mặt
có tác dụng điều chỉnh mức cầu về điện năng, mặt khác giúp tăng tích lũy để
mở rộng đầu tư cho ngành điện. Tuy nhiên, vì việc tăng giá điện sẽ ảnh hưởng
trực tiếp đến đời sống của quảng đại nhân dân và của hoạt động sản xuất kinh
doanh nên giải pháp tăng giá điện cần được cân nhắc một cách thận trọng.
Phương án tăng giá điện phải tính đến tính công bằng giữa các nhóm dân cư có
mức thu nhập khác nhau, trong đó cần hạn chế đến mức độ tối đa tác động tiêu
cực đối với các nhóm dân cư có thu nhập thấp. Bên cạnh đó, cũng phải lưu ý
rằng điện là một yếu tố đầu vào thiết yếu của hoạt động sản xuất, kinh doanh.
Vì vậy, việc tăng giá điện sẽ có thể ảnh hưởng tới mức lạm phát vốn đã xấp xỉ
ngưỡng 2 con số. Không những thế, nếu nhìn sang các nước xung quanh thì
thấy ngay với mức giá hiện tại, giá điện của Việt Nam đã cao hơn một số nước
trong khu vực như Trung Quốc, Thái Lan, Inđônêxia, và Malaysia. Như vậy,
việc tăng thêm giá điện 10-15% trong năm nay và những năm kế tiếp sẽ ảnh
hưởng tiêu cực tới năng lực cạnh tranh của nền kinh tế vốn đã bị giảm liên tục
trong mấy năm trở lại đây.
Trong trung hạn và dài hạn, Việt Nam cần có chiến lược đảm bảo an
ninh năng lượng bằng cách một mặt mở rộng khai thác những nguồn năng

lượng truyền thống; mặt khác, thậm chí còn quan trọng hơn phát triển các
nguồn năng lượng mới, đặc biệt là các nguồn năng lượng sạch và có khả năng
tái tạo. Khả năng này phụ thuộc rất nhiều vào những phát triển của công nghệ
trong tương lai cũng như vào mức giá tương đối của các nguồn năng lượng
khác nhau. Cho đến thời điểm này, chúng ta mới chú trọng đến phương án thứ
nhất, tức là tiếp tục khai thác các nguồn năng lượng truyền thống, chủ yếu là
thủy điện.
Một điều đáng lưu ý là trong hàng loạt giải pháp phát triển nguồn điện để
đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế (như nhập khẩu điện, phát triển thủy điện,
hay điện hạt nhân), dường như Việt Nam còn bỏ quên điện gió, một nguồn điện
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - 2011
25