năng lượng sóng biển khu vực biển đông và vùng biển việt nam

1



LỜI NÓI ĐẦU


Yêu cầu tiêu thụ năng lượng trên thế giới tăng từ 3 đến 10 lần trong mỗi chu kỳ 10
năm. Khủng hoảng do năng lượng tăng đã ảnh hưởng đến sự lựa chọn nguồn năng
lượng tiêu thụ trong từng nhà của người dân. Điều này cũng không loại trừ đối với
Việt Nam. Tính trung bình trong khoảng thời gian từ năm 1995 đến năm 2000, tiêu
thụ năng l
ượng của nước ta tăng 13,9% và trong khoảng thời gian tiếp theo từ 2001
đến 2004 con số tăng tương ứng là 14,6%, hậu quả của nó là tác động đến môi trường
của tất cả các nguồn năng lượng truyền thống ngày càng nghiêm trọng. Vấn đề biến
đổi khí hậu mà chúng ta đang đối mặt càng gia tăng sức ép, buộc các quốc gia phải
thay đổi chính sách năng lượng từ sử dụng nhiên liệu hóa thạch sang các dạ
ng năng
lượng tái tạo. Được khởi động bằng sự cần thiết khai thác các nguồn năng lượng sạch,
tái tạo và ổn định và phù hợp với Hiệp định Kyoto, các nghiên cứu và triển khai trong
việc xử dụng năng lượng sạch – nguồn năng lượng xanh đại dương đã được khởi
xướng ít nhất cách đây ba chục năm. Năm 1973, tổ chức Năng lượng Quốc t
ế (IEA)
đã thi hành Thỏa thuận về Chương trình Nghiên cứu và Phát triển Năng lượng Sóng.
Trong chương trình này có 6 nước phát triển tham gia và chương trình gồm 3 nội
dung tập trung vào vấn đề các thông tin về trường sóng biển, trao đổi các thông tin về
nghiên cứu và phát triển năng lượng sóng và các thử nghiệm trên biển.
Việt Nam có hơn 3400 km đường bờ biển với hơn 3000 đảo và quần đảo lớn nhỏ,
điều này làm cho nước ta trở thành một trong các nướ

c có vùng biển rộng lớn nhất trong
khu vực. Để đạt được mức tăng trưởng kinh tế đề ra hàng năm, thì vấn đề phát triển
năng lượng là hết sức cần thiết. Quan điểm chỉ đạo nêu trong Nghị quyết Đại hội IX của
Đảng là “Phát triển năng lượng đi trước một bước đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế, xã
hội, bảo đảm an toàn nă
ng lượng quốc gia”. Trên cơ sở quan điểm trên, để góp phần
thực hiện thành công mục tiêu chiến lược phát triển kinh tế xã hội của Đảng, mục tiêu
tổng quát phát triển của ngành năng lượng nước ta trong giai đoạn tới là khai thác và sử
dụng hợp lý, có hiệu quả nguồn tài nguyên năng lượng trong nước và đẩy mạnh phát
triển nguồn năng lượng mới và tái tạo để đáp ứng cho nhu c
ầu, nhất là vùng sâu, vùng
xa, biên giới, hải đảo. Để thực hiện mục tiêu phát triển của ngành năng lượng, việc khai
thác các nguồn năng lượng tái tạo trong đó có năng lượng biển là hết sức cần thiết, đây
không chỉ là nhu cầu cấp bách của đất nước mà còn là xu thế toàn cầu hiện nay.
Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
2
Cuốn chuyên khảo “Năng lượng sóng biển khu vực Biển Đông và vùng biển Việt
Nam” là một tài liệu ra đời trong bối cảnh các yêu cầu về nghiên cứu và khai thác các
nguồn năng lượng tái tạo trên biển trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng
ngày càng trở lên cấp bách.
Nội dung cuốn sách đề cập đến các vấn đề liên quan đến tổng quan tình hình nghiên
cứu khai thác các dạng năng lượng tái tạo nói chung và đi sâu vào năng lượng sóng nói
riêng. Ti
ếp đó trình bày các cơ sở lý thuyết về tiềm năng năng lượng sóng, các phương
pháp khai thác năng lượng sóng - chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng; Năng
lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng ven bờ biển Việt Nam và cuối cùng đề cập đến
chính sách phát triển, khai thác và sử dụng năng lượng tái tạo ở Việt Nam.
Chuyên khảo “Năng lượng sóng biển khu vực Biển Đông và vùng biể
n Việt Nam”
được biên soạn dựa trên kinh nghiệm chuyên môn của nhóm các tác giả là các cán bộ

có trình độ chuyên sâu về nghiên cứu và giảng dạy nhiều năm tại viện nghiên cứu và
trường đại học. Một số các kết quả được đúc kết trong quá trình thực hiện đề tài
nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước mã số KC.09.19/06-10 “Nghiên cứu đánh giá
tiềm năng các nguồn năng lượng biển chủ yếu và đề xuất các gi
ải pháp khai thác” và
các báo cáo tại các Hội nghị về Khoa học Năng lượng biển Việt Nam tại Hạ Long
năm 2007 và tại Hà Nội năm 2009.
Đây là một cuốn sách với nội dung rất rộng, đề cập đến một vấn đề khá mới, liên
quan đến lĩnh vực năng lượng, đồng thời cũng có nhiều nội dung liên quan đến các
công nghệ khai thác năng lượng là các lĩnh vực chuyên môn khá xa lạ với nhóm các
tác gi
ả. Do vậy không thể tránh khỏi sự khiếm khuyết, các tác giả rất mong có sự đóng
góp ý kiến của các đồng nghiệp và sự đồng cảm.
Tham gia biên soạn có các cán bộ, nhà khoa học của nhiều cơ quan khác nhau có
trình độ chuyên môn và kinh nghiệm về nghiên cứu các dạng năng lượng tái tạo, về
nghiên cứu chính sách phát triển, khai thác và sử dụng năng lượng. Tập thể các tác giả
biên soạn, ngoài hai tác giả chính còn có: TS. Trần Quy, PGS. TS. Hoàng Xuân Cơ,
TS. Trần Thanh Lâm và PGS. TS. Nguyễ
n Xuân Cự.
Trong quá trình biên soạn chuyên khảo này, chúng tôi đã nhận được sự quan tâm
và giúp đỡ nhiệt tình của Lãnh đạo Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Lãnh đạo
Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và Công nghệ thuộc Viện Khoa học và Công nghệ
Việt Nam và Viện Cơ học. Chúng tôi cũng nhận được sự ủng hộ và khuyến khích
hiệu quả từ Chương trình Khoa học Công nghệ Biển trọng điểm cấp Nhà nướ
c
KC.09/06-10 “Khoa học và công nghệ biển phục vụ phát triển bền vững kinh tế - xã
hội”. Chúng tôi xin được chân thành cảm ơn.
Các tác giả

3

MỤC LỤC


Trang
LỜI NÓI ĐẦU
1
MỤC LỤC
3


Chương I. MỞ ĐẦU
9


I.1. Tình hình nghiên cứu khai thác năng lượng tái tạo trên
thế giới
11
I.2. Tình hình nghiên cứu khai thác các nguồn năng lượng
biển trên thế giới
14
I.2.1. Năng lượng khai thác từ bức xạ Mặt trời
14
I.2.2. Năng lượng khai thác từ gió
15
I.2.3. Năng lượng khai thác từ thủy triều và dòng chảy
16
I.2.4. Năng l

ượng khai thác từ sóng biển
17
I.2.5. Năng lượng khai thác từ chênh lệch nhiệt độ nước biển
18
I.2.6. Năng lượng khai thác từ chênh lệch độ mặn
18
I.3. Nghiên cứu khai thác năng lượng tái tạo ở Việt Nam
18
I.3.1. Mục tiêu tổng quát phát triển ngành năng lượng Việt Nam
trong giai đoạn tới
19
I.3.2. Năng lượng bức xạ Mặt trời
26
Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
4
I.3.3. Năng lượng gió
27
I.3.4. Thủy điện nhỏ
43
I.3.5. Năng lượng sinh học
51
I.3.6. Nghiên cứu khai thác năng lượng biển tại Việt Nam
59
I.4. Khó khăn và thách thức đối với nghiên cứu khai thác các
nguồn năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng tái
tạo trên biển nói riêng tại Việt Nam
67


Chương II. LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ TRƯỜNG SÓNG VÙNG

BIỂN SÂU VÀ VEN BỜ
69



II.1. Các yếu tố sóng biển
69
II.2. Dạng sóng biển
71
II.3. Phân loại sóng biển
72
II.3.1. Phân loại sóng theo nguyên nhân, hiện tượng
72
II.3.2. Phân loại sóng theo độ cao
72
II.3.3. Phân loại sóng theo vùng sóng lan truyền, phát sinh
73
II.3.4. Phân loại sóng theo tỷ số giữa độ cao, độ dài và độ sâu - số
Ursel (Ur)
73
II.4. Các lý thuyết mô phỏng mặt biển có sóng
73
II.4.1. Lý thuyết sóng tuyến tính
74
II.4.2. Lý thuyết sóng có biên độ hữu hạn
75
II.4.3. Lý thuyết sóng solitary
78
II.4.4. Lý thuyế
t sóng cnoidal

80
Mục lục
5

II.5. Lý thuyết phổ sóng
82
II.5.1. Phổ tần vùng nước sâu
82
II.5.2. Phổ tần vùng ven bờ
84
II.5.3. Phổ hai chiều, các dạng hàm phân bố góc
86
II.6. Năng lượng sóng
88
II.6.1. Cơ sở lý thuyết về năng lượng sóng, mật độ năng
lượng sóng
88
II.6.2. Thông lượng năng lượng sóng
89
II.7. Mô hình tính sóng toàn cầu
91
II.7.1. Lịch sử phát triển các phương pháp, mô hình tính sóng
91
II.7.2. Mô hình tính sóng áp dụng cho khu vực Biển Đông và ven
bờ phục vụ tính toán năng l
ượng sóng. Mô hình tính sóng
thế hệ 3 – SWAN
93
II.8. Đo đạc trường sóng
106

II.9. Hiệu chỉnh và kiểm chứng mô hình tính sóng toàn cầu
110
II.9.1. Hiệu chỉnh mô hình tính sóng SWAN
110
II.9.2. Kiểm chứng mô hình tính sóng SWAN
113
II.10. Nghiên cứu khai thác năng lượng sóng trên thế giới
114



Chương III. CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ CHUYỂN
ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG THÀNH ĐIỆN NĂNG
119


III.1. Phân loại các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng
120
III.2. Cơ
sở các nguyên lý vật lý và công nghệ chuyển đổi năng
lượng sóng thành điện năng
121
Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
6
III.2.1. Nguyên lý sử dụng dao động của sóng biển để tạo ra dao
động của hệ phao nổi, biến chuyển động sóng thành sự thay
đổi của áp suất không khí trong phao nổi
121
III.2.2. Nguyên lý biến đổi điện để tạo ra điện năng
122

III.2.3. Nguyên lý sử dụng phương pháp dao động thuỷ lực để biến
đổi điện năng bằng cách tạo áp suất không khí
123
III.2.4. Nguyên lý sử dụng phương pháp l
ắc có công suất lớn để
biến đổi năng lượng sóng sang cơ - điện năng
124
III.2.5. Nguyên lý tạo điện năng từ sóng với công suất nhỏ thông
qua tuốc bin thuỷ lực
125
III.2.6. Nguyên lý tạo điện năng bằng guồng quay
125
III.2.7. Phương pháp tích tụ năng lượng sóng biển để chuyển sang
điện năng với công suất lớn
126
III.3. Các loại thiế
t bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện
năng được nghiên cứu trên thế giới
127
III.4. Ma trận năng lượng của các thiết bị chuyển đổi năng
lượng sóng thành điện năng
154



Chương IV. NĂNG LƯỢNG SÓNG KHU VỰC BIỂN ĐÔNG
VÀ VÙNG BIỂN VIỆT NAM
155

IV.1. Chế độ sóng khu vực Biển Đông và vùng biển
Việt Nam
155
IV.1.1. Tổng quan chế độ khí tượng hải văn khu vực Biển Đông và
vùng biển Việt Nam
155
IV.1.2. Chế độ trường gió vùng Biển Đông và ven bờ biển Việt Nam
157
IV.1.3. Chế độ trường sóng vùng Biển Đông và ven bờ biển Việt
Nam
164
Mục lục
7
IV.2. Nghiên cứu năng lượng sóng ở Việt Nam
179
IV.2.1. Nghiên cứu, khai thác năng lượng sóng ở Việt Nam
179
IV.2.2. Nghiên cứu tính toán tiềm năng năng lượng sóng ở
Việt Nam
196
IV.2.3. Đánh giá tiềm năng năng lượng sóng ở Việt Nam
207


Chương V. CHÍNH SÁCH PHÁT TRIỂN, KHAI THÁC VÀ SỬ
DỤNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Ở VIỆT NAM
225


V.1. Những vấn đề về môi trường khai thác sử dụ

ng năng
lượng tái tạo
225
V.1.1. Phát huy những ưu thế thân thiện môi trường
225
V.1.2. Hạn chế và ngăn chặn khả năng tác động xấu đến môi
trường
230
V.2. Chính sách năng lượng của Việt Nam
232
V.2.1. Tóm tắt nội dung chính
232
V.2.2. Phân tích khuyến khích về đầu tư, tài chính, nhân lực
237
V.3. Định hướng phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam
239
V.4. Hợp tác quố
c tế về phát triển năng lượng tái tạo
242
V.4.1. Xu hướng của thế giới
242
V.4.2. Hợp tác quốc tế của Việt Nam
245


TÀI LIỆU THAM KHẢO
247


9

Chương I
MỞ ĐẦU

Tiềm năng năng lượng khổng lồ của trường sóng đã được ghi nhận từ thời đại
cổ xưa của loài người. Các thử nghiệm chuyển đổi năng lượng sóng đã được tiến
hành từ lâu: chuyển đổi năng lượng sóng được bắt đầu với việc sử dụng sóng để
phát tín hiệu cho các phao hàng hải. Năng lượng sóng được sử dụng để nén khí
trong m
ột ống chạy dọc giữa phao tạo ra còi báo hiệu. Áp dụng năng lượng sóng
được tiến hành từ các năm 1940 với các máy phát điện cho đèn tín hiệu tại các
phao hàng hải. Tuy nhiên chỉ đến thời gian gần đây, do hậu quả của khủng hoảng
năng lượng vào những năm 70 của thế kỷ trước, khi mà các nhà khai thác năng
lượng tập trung sự chú ý vào khai thác các nguồn năng lượng từ thiên nhiên, thì
lúc đó việ
c nghiên cứu khai thác năng lượng sóng mới được tập trung nghiên cứu
chi tiết. Các công trình nghiên cứu sau đó vào các năm 1970 tại Na Uy và Liên
hiệp Anh (con vịt Sater) tuy không phát triển đến giai đoạn thương mại nhưng là
các nghiên cứu tiền đề cho các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng hiện nay.
Các thí nghiệm khai thác năng lượng sóng chỉ ra rằng có một vài phương pháp
khai thác có thể khả thi và một loạt các vị trí trên thế giới có tiềm năng khai thác
n
ăng lượng sóng biển. Cơ quan Năng lượng Quốc Tế (IEA) đã đánh giá năng
lượng sóng có thể đáp ứng được 10% điện năng tiêu thụ trên thế giới. Một số các
nhà máy năng lượng sóng trên biển đã và đang hoạt động rộng khắp trên thế giới
tại các nước Nhật Bản, Na Uy, Ấn Độ, Trung Quốc, Anh và Bồ Đào Nha. Một số
thiết kế trình diễ
n và thương mại đang được thực hiện tại Úc, Ailen và Liên hiệp

Anh. Các cơ quan thực hiện và tài trợ các nhà máy và mô hình trình diễn khai
thác năng lượng sóng là các chính phủ, các nhà công nghiệp, các công ty đầu tư
và các cơ quan khai thác điện năng. Một số các công ty thương mại cũng đưa ra
các thiết bị khai thác năng lượng sóng ở giai đoạn trình diễn.
Khác với năng lượng thủy triều, là năng lượng được tạo ra do lực hút củ
a Mặt
trăng, Mặt trời lên Trái đất, năng lượng sóng là năng lượng phát sinh do gió. Có
thể nhấn mạnh rằng năng lượng sóng trên mặt biển lớn hơn 5 lần năng lượng gió
Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
10
tương ứng tại độ cao 20 mét phía trên mặt biển và lớn hơn khoảng 20 – 30 lần
năng lượng bức xạ Mặt trời.
Một phần năng lượng bức xạ Mặt trời mà Trái đất nhận được, được chuyển đổi
thành năng lượng gió thông qua sự đốt nóng khác nhau trên Trái đất. Một phần
năng lượng gió đó lại được truyền cho mặt nước tạo ra sóng. Trong khi năng
lượ
ng bức xạ trung bình phụ thuộc vào một loạt các yếu tố như khí hậu, vĩ độ, thì
lượng năng lượng truyền cho sóng phụ thuộc vào tốc độ gió, thời gian gió thổi và
khoảng cách gió thổi (được gọi là đà sóng). Trường gió mạnh tồn tại trong thời
gian dài sẽ tạo ra trường sóng phát triển hoàn toàn và điều kiện này nếu tồn tại ổn
định và đều đặn trong năm sẽ tạ
o ra nguồn năng lượng sóng hữu ích. Những sóng
có năng lượng lớn trên Trái đất thường được tạo ra trong dải vĩ độ 30
0
đến 60
0
.
Ngoài ra cũng tồn tại các vùng sóng lớn trong dải vĩ độ +/- 30
0
gần xích đạo do

gió tín phong tạo nên. Những áp dụng đầu tiên trong khai thác năng lượng sóng
được giới hạn trong khu vực ven bờ do hạn chế về công nghệ khai thác, tuy nhiên
bắt đầu từ năm 2002 đã triển khai khai thác năng lượng sóng tại các khu vực biển
sâu ngoài khơi. Tại vùng ven bờ có một số các yếu tố ảnh hưởng đến năng lượng
sóng, đó là ảnh hưởng của các quá trình biến dạng, khúc xạ, nhiễu x
ạ và sóng đổ
đến các tham số sóng.
Tài nguyên năng lượng sóng được biểu thị dưới dạng công của trường sóng,
đó là lượng năng lượng có được tại mỗi mét đỉnh sóng. Đơn vị đo năng lượng
sóng là kW/m cho mỗi vùng địa phương và MW/km cho khu vực. Phân bố toàn
cầu của năng lượng sóng cho thấy có rất nhiều khu vực trên Trái đất có tiềm năng
khai thác năng lượng sóng. Tại các khu vực này mỗi mét chiều dài bờ
biển có thể
đáp ứng nhu cầu về điện năng cho một loạt các hộ dân cư khu vực.
Năng lượng sóng không như các nguồn năng lượng truyền thống khác, là
nguồn năng lượng hầu như không làm suy thoái môi trường, đặc biệt là không
phát thải ô nhiễm vào khí quyển. Các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng không
thải ra khí, chất lỏng hoặc chất rắn, cho nên có thể nói rằng, năng l
ượng sóng là
nguồn năng lượng không gây ô nhiễm. Tuy nhiên, việc xây dựng và thiết kế các
nhà máy khai thác năng lượng sóng có thể gây ảnh hưởng đến môi trường. Một
số các ảnh hưởng đó mang tính địa phương và không thể đánh giá trước được.
Nếu tiến hành lựa chọn cẩn thận các khu vực khai thác năng lượng sóng (tránh
các khu vực có hệ sinh thái nhạy cảm) thì ảnh hưởng của việc khai thác năng
lượng sóng đến môi trườ
ng sẽ rất không đáng kể.
Chương I. Mở đầu
11
I.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG
TÁI TẠO TRÊN THẾ GIỚI

Theo các số liệu thống kê và dự báo của Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ
(EIA) thì mức tiêu thụ năng lượng của thế giới sẽ tăng 57% trong thời gian từ
năm 2004 đến năm 2030, trong đó mức tiêu thụ điện năng sẽ tăng với tốc độ
trung bình một năm là 0,46 kW/giờ/người. Hậu quả của sự gia tăng nhu cầu năng
lượng này là sự tăng r
ất mạnh lượng khí thải CO
2
. Nếu như năm 2004 có 26,9 tỷ
mét khối lượng khí này thải vào khí quyển thì đến năm 2015, con số này sẽ là
33,9 và năm 2030 là 42,9 tỷ mét khối [16]. Để khắc phục sự cạn kiệt các nguồn
năng lượng truyền thống - không tái tạo được, đồng thời để hạn chế sự ô nhiễm
môi trường do khai thác năng lượng gây ra, đã tập trung nghiên cứu khai thác các
nguồn năng lượng sạch, tái tạo được như
năng lượng bức xạ, gió, địa nhiệt, sinh
khối, thủy điện, thủy triều, dòng chảy, sóng và một số nguồn năng lượng khác.
Các nguồn năng lượng trên, ngoài năng lượng địa nhiệt, sinh khối và năng lượng
thủy triều (do tác động của cả Mặt trời và Mặt trăng), các nguồn còn lại đều do
tác động trực tiếp của Mặt trời nên được gọi là n
ăng lượng Mặt trời. Nguồn năng
lượng của Mặt trời rất phong phú: ở tầng trên của khí quyển được đánh giá bằng
1,38 kW/m
2
và khi đi qua bầu khí quyển bị yếu đi, đến mặt đất nó còn lại khoảng
0,5 - 1,0 kW/m
2
. Nguồn năng lượng này thay đổi theo chu kỳ ngày, mùa và năm
và là nguồn gốc của tất cả các dạng năng lượng khác trên Trái đất. Các nguồn
năng lượng tái tạo này tồn tại trên biển, đại dương được gọi là năng lượng tái tạo
trên biển. Lấy một ví dụ về năng lượng sóng: theo các đánh giá sơ bộ, mật độ
năng lượng sóng trung bình trên các đại dương là 2,7 W/m

2
, có nghĩa là bằng
khoảng 1/200-400 tổng năng lượng Mặt trời.
Khai thác nguồn năng lượng tái tạo để từng bước thay thế các nguồn năng
lượng truyền thống đang ngày càng cạn kiệt và giảm thiểu ô nhiễm, hiệu ứng nhà
kính, là chiến lược về năng lượng của các nước trên thế giới, đặc biệt là các nước
có nền công nghiệp phát triển. Đạo luật về Chiế
n lược Năng lượng năm 2005 của
Mỹ đã được Quốc hội Mỹ phê chuẩn với điều khoản bổ sung về năng lượng tái
tạo trên biển bao gồm việc khuyến khích các sản phẩm năng lượng biển, pháp
lệnh về khuyến khích đầu tư và giảm thuế đối với năng lượng biển như thủy
triều, dòng chảy, sóng và khuyến khích nghiên cứ
u phát triển các công nghệ khai
thác liên quan. Đạo luật cũng cho phép và khuyến khích Ban Thư ký Năng lượng
đầu tư vào công nghệ năng lượng biển.
Đã đưa ra Tiêu chuẩn Năng lượng Tái tạo Quốc gia (Federal Renewable
Power Standard - RPS), trong đó coi năng lượng biển là nguồn năng lượng tái tạo
Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
12
có triển vọng. Trong RPS nêu trên cũng đưa ra mục tiêu là phải sản xuất được
10% năng lượng sử dụng từ năng lượng tái tạo vào năm 2020. Trong Công bố
Chiến lược số 04/01 của Ủy ban Di sản Thiên nhiên Scốt-len [27] cũng đã đưa ra
mục tiêu sản xuất 40% điện năng từ năng lượng tái tạo vào năm 2020.
Viện Nghiên cứu Điện năng (EPRI) của Mỹ là m
ột cơ quan nghiên cứu hàng
đầu của thế giới về các phương pháp khai thác điện năng, đặc biệt tập trung vào
các nguồn năng lượng tái tạo. Theo tính toán dự báo của EPRI thì vào năm 2030,
nguồn điện khai thác được từ các nguồn năng lượng tái tạo là 737 TWh
(1TW=10
12

kW). Cũng theo tạp chí của EPRI thì vấn đề cốt lõi là cần thiết phải
đầu tư phát triển công nghệ khai thác các nguồn năng lượng tái tạo, EPRI cho
rằng trong những năm tới công nghệ khai thác các nguồn năng lượng tái tạo như
bức xạ Mặt trời, sinh khối và năng lượng sóng sẽ được ưu tiên đầu tư.
Từ những năm 70, các nước có vùng biển rộng và khoa học tiên tiến như Na
Uy, Th
ụy Điển, Mỹ, Pháp và Nhật đã có các chương trình nghiên cứu về năng
lượng sóng. Nhà máy năng lượng sóng đầu tiên được xây dựng ở Na Uy năm
1984 và hoàn thành năm 1986.
Trên toàn thế giới đã có 45 quốc gia thiết lập các chương trình, mục tiêu
quốc gia về năng lượng tái tạo. Đến giữa năm 2005, ít nhất 43 quốc gia đã có
mục tiêu quốc gia về năng lượng tái tạo, bao gồm cả 25 nước EU. Liên minh
Châu Âu đ
ã đề ra mục tiêu cho toàn Châu Âu như sau: đạt 21% điện lượng và
12% của tổng năng lượng đến 2010. 43 quốc gia, 18 bang của nước Mỹ (và
một quận của bang Columbia) và 3 tỉnh của Canada đã có những mục tiêu dựa
trên các tiêu chuẩn về năng lượng tái tạo (mặc dù cả Mỹ và Canada không có
mục tiêu quốc gia về năng lượng tái tạo). Ngoài ra, 7 tỉnh của Canada cũng
đang thiết lập các mục tiêu về năng l
ượng tái tạo. Phần lớn các mục tiêu quốc
gia đều đưa ra tỷ lệ phần trăm năng lượng tái tạo trong tổng điện lượng, thông
thường từ 5% đến 30%, tỷ trọng trong công suất xây lắp từ 1% đến 78%. Các
mục tiêu khác là tỷ trọng trên tổng năng lượng sơ cấp, đặc biệt là công suất
xây lắp, hoặc tổng điện lượng phát từ năng lượng tái tạ
o, bao gồm cả các
nguồn nhiệt. Phần lớn các mục tiêu nhắm tới giai đoạn 2010 ÷ 2012. 43 quốc
gia có mục tiêu quốc gia bao gồm 10 nước đang phát triển: Brazil, Trung
Quốc, Cộng hòa Dominic, Ai Cập, Ấn Độ, Malaysia, Mali, Philippin, Nam Phi
và Thái Lan. Một số nước đang phát triển khác đang chuẩn bị đưa ra mục tiêu
quốc gia về năng lượng tái tạo. Theo đánh giá, đến năm 2009 đã đầu tư 13,6 tỷ

USD để
tiến hành các chương trình năng lượng biển. Các chương trình này tập
trung chủ yếu ở khu vực vùng biển khơi châu Âu. Khai thác khoảng 7.700
MW, tương đương với 7 nhà máy điện nguyên tử. Có khoảng 2.334 tuốc bin
Chương I. Mở đầu
13
năng lượng gió với vốn đầu tư 4 tỷ USD trên biển sẽ được đưa vào khai thác.
Tại châu Á, một quỹ đầu tư cho năng lượng tái tạo với 50 triệu Euro đã
được thiết lập và đặt trụ sở tại Thái Lan. Mục tiêu của quỹ này là tiến hành
các trợ giúp và đầu tư cho các công ty và dự án khai thác năng lượng tái tạo
tại khu vực châu Á. Theo dự kiến, quỹ sẽ trợ giúp cho 10 - 15 dự án khai khai
thác n
ăng lượng tái tạo với tổng trị giá của các dự án khoảng 200 - 400 triệu
Euro và sản lượng khai thác sẽ đạt 150 - 500 MW. Mục tiêu của quỹ đầu tư là
sẽ làm giảm 20 - 30 triệu tấn khí CO
2
thải vào khí quyển. Trung Quốc, quốc
gia tiêu thụ dầu mỏ lớn thứ hai thế giới, chỉ sau Mỹ, đã có nhiều kế hoạch
tham vọng nhằm thúc đẩy năng lượng tái tạo. Những kế hoạch đó bao gồm
việc nâng sản lượng điện từ năng lượng gió ở mức 570 MW hiện nay lên
20.000 MW vào năm 2020 và 50.000 MW vào năm 2030. Tại Nhật Bản, một
trong những nước nhậ
p khẩu dầu hàng đầu thế giới, các nhà sản xuất ô tô đang
đầu tư mạnh vào pin nhiên liệu hydro dành cho các loại xe thế hệ mới. Mặc dù
vậy, chi phí vẫn ngoài tầm với của những người có thu nhập trung bình. Vừa
qua, thủ tướng Ấn Độ kêu gọi các quan chức và giới khoa học tăng tốc độ phát
triển các nguồn năng lượng tái tạo cho quốc gia tiêu thụ dầu lớn thứ ba châu Á
này. Để gi
ảm lượng dầu mỏ tiêu thụ, Ấn Độ đã bắt đầu trộn xăng với ethanol
cũng như tiến hành thử nghiệm một số loại phương tiện giao thông sử dụng

hỗn hợp Diesel sinh học chiết xuất từ thực vật và Diesel dầu mỏ. Bộ Tài
nguyên Năng lượng Phi truyền thống của Ấn Độ ước tính nước này có tiềm
năng sản xuấ
t 80.000 MW điện từ các nguồn tái tạo. Tuy nhiên, hiện nay năng
lượng tái tạo ở Ấn Độ mới đạt 5.000 MW, 50% trong số này có nguồn gốc từ
năng lượng gió. Kể từ đầu những năm 80, Malaisia đã bắt đầu áp dụng chính
sách nhằm đa dạng hóa các nguồn năng lượng. Tuy nhiên, do tương đối có sẵn
các nguồn cung ứng nhiên liệu hóa thạch, nhất là dầu mỏ và khí đốt nên ngành
năng lượ
ng của Malaisia đã chú trọng chủ yếu vào việc phát triển và ứng dụng
các dạng năng lượng phi tái tạo mà không có sự chú ý và phân bổ nguồn lực
đúng mức cho các nguồn năng lượng tái tạo. Năm 1995, tỷ lệ năng lượng tái
tạo được tiêu thụ trên toàn bộ nguồn năng lượng là 13%, trong đó 2/3 thu
được từ nguồn sinh khối, 1/3 là thủy điện. Năng lượng Mặt trời được dùng để
đun nước và phát triển cho các vùng xa, nhưng mức độ đóng góp còn hết sức
nhỏ. Tháng 7/2004, các loại xe của chính phủ Philippin đã bắt đầu sử dụng
nhiên liệu pha 1% methyl ester từ dừa. Philippin, quốc gia sản xuất điện địa
nhiệt lớn thứ hai thế giới, muốn đầu tư hơn nữa vào ngành này nhằm giảm sự
thiếu hụt điện hiện nay. Indonesia cũng đang đầu tư
vào điện địa nhiệt nhằm
đáp ứng nhu cầu điện tăng trưởng 10% của nước này.
Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
14
Năm 2006, Hội nghị Quốc tế về Năng lượng Tái tạo trên Biển (MAREC -
2006) lần thứ 4 đã được tổ chức tại Luân Đôn (hội nghị lần thứ 3 được tổ chức
vào năm 2004). Các hội nghị này là nơi thảo luận tất cả các vấn đề về năng
lượng tái tạo trên biển: từ đầu tư nghiên cứu đến công nghệ khai thác và công
nghệ hòa mạng v
ới lưới điện sinh hoạt cùng các chính sách khuyến khích đầu
tư. Ngoài ra, tại hội nghị lần thứ 4 này đã đề cập đến các tác động của khai thác

năng lượng tái tạo đến môi trường và đến tất cả các lĩnh vực về kinh tế - xã hội.
Tại Anh, tháng 12 năm 2004 đã phát hành tập atlat trữ lượng năng lượng tái tạo
trên biển trong đó bao gồm năng lượng thủy triều, nă
ng lượng sóng và năng
lượng gió vùng khơi [17].
I.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU KHAI THÁC CÁC NGUỒN NĂNG
LƯỢNG BIỂN TRÊN THẾ GIỚI

Các dạng năng lượng tái tạo trên biển (sau đây gọi là năng lượng biển) có thể
bao gồm những loại sau: năng lượng bức xạ Mặt trời, năng lượng gió, năng
lượng sóng, năng lượng thủy triều và dòng chảy biển bao gồm năng lượng độ cao
mực nước triều và năng lượng dòng triều - dòng chảy, năng lượng nhiệt từ nhiệt
độ nước, nă
ng lượng chiết xuất từ gradien độ mặn của nước biển và năng lượng
sinh học sinh ra từ các loài thực vật dưới biển. Tuy nhiên, với trình độ công nghệ
hiện nay các nguồn năng lượng tái tạo trên biển được coi là có triển vọng trong
những thập kỷ tới là một số loại năng lượng đầu tiên nêu trên, trong đó năng
lượng bức xạ Mặt trời thường được coi là ngu
ồn năng lượng tái tạo trên đất liền
vì thực ra các giàn pin Mặt trời đều được thiết kế trên mặt đất bao gồm cả trên
các đảo (trừ các loại giàn pin Mặt trời có công suất nhỏ sử dụng trên các phao
tiêu - không đóng vai trò trong điện lưới thương mại).
I.2.1. Năng lượng khai thác từ bức xạ Mặt trời
Sau hơn một thế kỷ phát minh ra hiệu ứng tế bào quang điện (Photovoltaic -
PV), hiệu ứng này đã được sử dụng lần đầu tiên trong thực tế bằng các giàn pin
Mặt trời trên tầu vũ trụ Sputnik 3 của Liên Xô (trước đây) vào năm 1958. Trong
nhiều năm, năng lượng bức xạ Mặt trời ít được sử dụng do giá thành quá cao.
Tuy nhiên, từ những năm 1970, giá thành của pin năng lượng loại này đã h
ạ đáng
kể do sự phát triển mạnh của công nghệ. Vào cuối những năm 1990, nhờ sự phát

triển mạnh của công nghệ chế tạo các tế bào quang điện, năng lượng Mặt trời đã
chiếm một vị trí đáng kể trên thị trường điện năng thế giới. Năm 1999, tổng điện
Chương I. Mở đầu
15
năng 1 GW đầu tiên đã được hòa vào lưới điện. Hiện nay, tổng công suất điện
năng thu được từ bức xạ Mặt trời đã vượt quá 5 GW. Mặc dù vậy, giá cả điện
năng của PV cần phải giảm hơn nữa mới có thể cạnh tranh được với các nguồn
năng lượng tái tạo khác. Theo đánh giá của Phòng Năng lượng (DOE) thuộc Viện
Nghiên c
ứu Điện năng EPRI thì giá lắp đặt trung bình của PV phải giảm từ 6,25
USD/W trong năm 2000 xuống 3,30 USD/W vào năm 2015. Với giá này thì theo
đánh giá của DOE, giá thành điện khai thác từ bức xạ Mặt trời sẽ giảm từ 25
cent/kWh tại thời điểm hiện nay xuống 9 cent/kWh, khi không có bao cấp [16].
I.2.2. Năng lượng khai thác từ gió
Năng lượng gió trên biển được chuyển đổi thành điện năng nhờ các tuốc bin.
Các loại tuốc bin này cũng giống như các tuốc bin năng lượng gió trên đất liền
nhưng đã được "biển hóa" và được chế tạo với tuổi thọ cao hơn để phù hợp với
điều kiện khắc nghiệt trên biển. Các tuốc bin này nói chung có kích thước to hơn
cùng loại trên đất liền và có công suất l
ớn hơn. Công suất của các tuốc bin gió
tăng rất nhanh trong những năm gần đây. Các nước có sự gia tăng rất mạnh công
suất các tuốc bin gió là Đan Mạch, Đức, Hà Lan, Na Uy, Thụy Điển và Anh.
Hiện nay, tại vùng biển Nantucket Sound bang Massachusetts đang triển khai
xây dựng vùng khai thác gió lớn nhất trên thế giới bao gồm 130 tuốc bin trên
diện tích 28 dặm vuông, tạo ra điện năng trung bình hàng ngày là 170 MW và
cực đại là 420 MW [25] cung cấp đủ đ
iện năng cho 3/4 điện năng tiêu thụ tại mũi
Cod. Tổng điện năng khai thác từ gió tại Mỹ là 11.603 MW. Tại Mỹ cũng đã xây
dựng hệ thống khai thác điện năng tổng hợp giữa gió và sóng. Tại Đan Mạch,
Thụy Điển và Hà Lan đã xây dựng 4 khu phát điện bằng sức gió giữa các năm

1991-1997. Hiện nay có 75 MW điện năng bằng sức gió trên bi
ển đã được khai
thác trong khu vực EU với 4 MW tại Anh (khu vực Blyth cách bờ 1 km). Trạm
này gồm hai tuốc bin 2 MW với độ sâu từ 6 - 11 m phụ thuộc vào thủy triều và
sóng tại khu vực này. Hiện nay có 20 dự án khu khai thác gió vùng khơi ở giai
đoạn tiền thiết kế và thiết kế tại khu vực vùng biển nước Anh. Một dự án lớn
đang được công ty năng lượng Talisman tiến hành tại Beatrice với 120 tuốc bin
gió cung cấp 500 MW, bằng 5% yêu cầ
u năng lượng tái tạo của Anh. Theo đánh
giá hiện trạng giá công suất thiết kế của các dạng năng lượng (2002) là: khí đốt: 2
- 2,3 bảng Anh/kWh; điện nguyên tử mới xây dựng: 2,5 - 4 bảng Anh /kWh, gió
trên đất liền: 1,5 - 2,5 bảng Anh /kWh và gió ngoài khơi: 2 - 3 bảng Anh /kWh.
Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
16
I.2.3. Năng lượng khai thác từ thủy triều và dòng chảy
Trước đây năng lượng thủy triều thường được hiểu là nguồn năng lượng từ các
đập nước thủy triều “tidal barrage”. Hiện nay, công nghệ này vẫn còn đang được
sử dụng, ví dụ như dự án “đập Severn” tại Anh. Tuy nhiên cho đến nay năng
lượng thủy triều được khai thác chủ yếu từ dòng triều. Do nguyên lý khai thác
hoàn toàn giống nhau nên năng lượng khai thác từ dòng chảy ổn định trên biển và
dòng tri
ều thường được gộp lại coi là năng lượng dòng chảy trên biển. Có hai
nguyên lý chuyển đổi dòng chảy thành điện năng đang được nghiên cứu. Nhóm
thứ nhất sử dụng dòng chảy, dòng triều làm quay cánh quạt gắn trên tháp với các
thiết kế tương tự như tuốc bin gió. Máy này được gọi là ‘tidal mills’. Nhóm thứ
hai sử dụng dòng chảy, dòng triều tạo ra chuyển động dao động của máy thủy
lực. Vấn
đề cần giải quyết hiện nay là cần phải tạo ra giá cả hợp lý đối với nguồn
năng lượng này.
Thuộc nhóm thứ nhất có loại tuốc bin “Marine Current Turbin” (dòng chảy

biển) hoạt động giống như tuốc bin gió. Đã tiến hành giai đoạn thử nghiệm loại
tuốc bin “Marine Current Turbin” tại vị trí 11 km ở phía bắc Foreland Point gần
Lynmouth tại kênh Bristol. Giai đoạn 1 của đợt thử nghiệm (1999-2003) sử

dụng một tuốc bin 300 kW với đường kính 11 m. Sau đó (2002-2004) khai thác
hai tuốc bin 150 kW với đường kính 8 m. Giai đoạn hai (2003-2005) đã nối với
mạng điện quốc gia và thử nghiệm với kích cỡ thực hai tuốc bin với công suất
750 - 1.000 kW khai thác cho cả hai hướng dòng chảy. Giai đoạn nghiên cứu
phát triển kết thúc vào năm 2005 và chuyển sang giai đoạn thương mại. Dự kiến
năm 2010 sẽ cung cấp 300 MW. Giai đoạ
n cuối cùng (2004-2005) đã thiết kế
khu vực khai thác nhỏ đầu tiên được kết nối với hệ thống của giai đoạn hai, đưa
thêm 2 - 3 tuốc bin vào sử dụng để đạt được nguồn năng lượng thêm khoảng 2,5
đến 5 MW.
Thuộc nhóm thứ hai có loại thiết bị “Stingray” hiện đang được công ty “The
Engineering Business” phát triển. Thiết bị này bao gồm giàn thép hỗ trợ và máy
thủy lực dao động, khi dao động tác động lên các ố
ng thủy lực dầu cao áp và làm
quay động cơ phát điện. Thiết bị “Stingray” được thử nghiệm vào mùa hè năm
2002 tại Yell Sound giữa đảo Bigga và Yell tại khu vực các đảo Shetland.
Thiết bị TISEC (Tidal In-stream Energy Conversion) của EPRI hoàn toàn
tương tự như tuốc bin gió. Năm 2005-2006, EPRI đã thử nghiệm TISEC giai
đoạn khả thi cho 7 vùng có triển vọng tại khu vực Bắc Mỹ với các thiết kế kích
cỡ nhà máy phát điện thương mại. K
ết luận cuối cùng là phụ thuộc vào vị trí,
kích cỡ nhà máy và các phương án đầu tư, điện năng của TISEC sẽ có giá là 5 -
Chương I. Mở đầu
17
12 cent/kWh, tương đương với dải giá thấp của điện năng từ gió và thấp hơn giá
thành của điện Mặt trời. Na Uy đã tiến hành thử nghiệm đập thủy triều dạng kích

cỡ thực tế tại kênh Kvalsundet. Dự kiến khai thác tới 20 tuốc bin và tạo ra
khoảng 32 GWh hàng năm.
Tại Hàn Quốc hiện đang triển khai xây dựng nhà máy điện thủy triều lớn nhất
thế giới - nhà máy điện thủy triều Sihwa, được khởi công từ năm 2003 và dự kiến
hoàn thành vào năm 2009. Nhà máy có công suất thiết kế là 254MW với tổng
kinh phí xây dựng là 355,1 triệu USD.
Hiện nay, phương hướng chung trong việc khai thác năng lượng thủy triều
dưới dạng dao động mực nước triều là xây dựng các bể thu và xả nước tại khu
vực gần bờ không liên quan trực tiếp đến các vùng ven bờ, cửa sông nhằ
m khắc
phục các hậu quả về xã hội, môi trường và sinh thái do việc ngăn chặn các vùng
cửa sông, ven bờ gây ra.
I.2.4. Năng lượng khai thác từ sóng biển
Châu Âu là khu vực đứng đầu trong việc áp dụng năng lượng sóng. Hiện nay
đã có 4 dự án khai thác thương mại năng lượng sóng. Giá thành điện năng từ gió
hiện nay đã giảm 80% trong vòng 20 năm vừa qua nhờ có các tiến bộ về thiết bị
và tối ưu hóa trong kết cấu. Với giá cả ban đầu khoảng 1/2 giá ban đầu của năng
lượng gió và 1/4 giá hiện thời của năng lượng pin Mặt trời PV, nă
ng lượng sóng
có một tiềm năng rất lớn để trở thành một nguồn năng lượng có giá rẻ nhất trong
tương lai [25]. Năm 2004, nghiên cứu khả thi của EPRI cho thấy tiềm năng của
năng lượng sóng tại khu vực Bắc Mỹ lớn hơn rất nhiều so với năng lượng thủy triều.
Kết luận của nghiên cứu này là giá thương mại hiện nay của điện n
ăng từ sóng biển
tại một số khu vực triển vọng trong khoảng 11 - 13 cent/kWh nhưng giá này sẽ giảm
mạnh do sẽ có nhiều cải tiến trong công nghệ và kỹ thuật [25]. Hiện nay mới có một
số ít MW điện năng khai thác được từ sóng biển. Nhà máy điện thương mại từ sóng
biển đầu tiên với công suất 30 MW được xây dựng ở Bồ Đào Nha. Tại Mỹ mới có
phao n
ăng lượng sóng đầu tiên với công suất 40 kW tại căn cứ biển ở Kancohe

Hawaii. Bản quyền ứng dụng nhà máy điện phục vụ dân sinh cỡ thực tế đầu tiên
được thực hiện tháng 11/2006 với công suất 1 MW tại vịnh Makah, bang
Washington, Mỹ. Các thông tin chi tiết về nghiên cứu và khai thác năng lượng từ
sóng biển ở Việt Nam sẽ được đề cập đến trong các chương tiếp theo.
Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
18
I.2.5. Năng lượng khai thác từ chênh lệch nhiệt độ nước biển
Thiết bị chuyển đổi nhiệt năng trên biển (Ocean Thermal Energy Conversion –
OTEC) sử dụng gradien nhiệt độ giữa lớp nước trên mặt biển và lớp nước dưới
tầng sâu để tạo ra điện năng. Một loại OTEC khác là sử dụng nước biển ấm trên
tầng mặt để làm bốc hơi một loại chất lỏng dễ bay hơi (ví dụ như amoniac), tạo ra
áp suất làm quay tuố
c bin phát điện. Hệ thống khai thác điện OTEC cần chênh
lệch nhiệt độ ít nhất là 20ºC giữa nước tầng mặt và tầng ở độ sâu không lớn hơn
1.000 m. Điều kiện này chỉ có được ở ranh giới địa lý giữa 20º bắc và 20º nam.
Tại Hawaii năm 1979 đã xây dựng một nhà máy điện OTEC với công suất 50
kW. Năm 1993 nguồn điện 50 kW đã được khai thác với tổng công suất c
ủa nhà
máy điện OTEC là 210 kW. Thách thức lớn nhất của các nhà máy điện OTEC là
kinh phí đầu tư cho đường ống. Với công suất thiết kế 40 MW của nhà máy điện
OTEC tại Kahe Point của Hawaii thì cần đầu tư tới 3.670 mét đường ống dẫn
nước. Giá của đường ống này chiếm tới 1/4 - 1/3 tổng kinh phí đầu tư của nhà
máy. Ngoài ra, các nhà máy điện OTEC cũng phải giải quyết các vấn đề về môi
trường tại khu vực sản xuất.
I.2.6. Năng lượng khai thác từ chênh lệch độ mặn
Thiết bị khai thác năng lượng loại này dựa trên nguyên lý khi có hai khối nước
có độ mặn khác nhau được ngăn cách bằng một màng ngăn thì sẽ luôn có dòng
nước chảy từ khối nước ngọt sang khối nước mặn - nguyên lý này gọi là
OSMOSIS. Dòng nước ngọt chảy qua màng tạo ra áp suất thủy tĩnh làm quay
tuốc bin phát điện. Theo đánh giá thì tiềm năng năng lượng của OSMOSIS tại

châu Âu là 250 TWh/năm, còn của cả thế giớ
i là 2.000 TWh/năm. Thách thức
lớn nhất của nguồn năng lượng này là phải tạo ra màng ngăn cách với giá cả và
có độ bền đủ để có thể cạnh tranh với các nguồn năng lượng tái tạo khác trên
biển. Đó cũng là mục tiêu của dự án trị giá 3,4 triệu Euro do Ủy ban Châu Âu tài
trợ với sự tham gia của các nước Na Uy, Bồ Đào Nha, Phần Lan và Đức.
I.3. NGHIÊN CỨU KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
Ở VIỆT NAM
Việt Nam, do điều kiện địa lý, là một nước có tiềm năng về các nguồn năng
lượng tái tạo với nhiều dạng như năng lượng Mặt trời, thủy điện, năng lượng sinh
khối, năng lượng gió, năng lượng địa nhiệt và các nguồn năng lượng tái tạo trên
biển như năng lượng gió, sóng, thủy triều, dòng chảy Với đường bờ biể
n trải
Chương I. Mở đầu
19
dài và phía ngoài khơi là vùng Biển Đông rộng lớn, chịu tác động của hai mùa
gió mùa đông bắc và tây nam khá ổn định theo không gian và thời gian gió thổi,
tạo ra mật độ năng lượng gió và sóng cao. Đây là một nguồn năng lượng vô tận,
đặc biệt là trong bối cảnh chung trên thế giới đang đối đầu với sự cạn kiệt các
nguồn năng lượng như dầu mỏ, khí đốt, than đá và cần phải bả
o vệ bầu khí quyển
trong sạch. Ngoài ra đang có một cơ hội lớn là sự phát triển mạnh của kỹ thuật
công nghệ khai thác các nguồn năng lượng tái tạo. Việc nghiên cứu đánh giá tiềm
năng và khả năng khai thác các nguồn năng lượng tái tạo trên biển là thực sự cần
thiết để đáp ứng được mục tiêu chiến lược phát triển kinh tế biển.
Nghiên cứu, khai thác và sử
dụng các dạng năng lượng tái tạo ở Việt Nam đã
được triển khai từ gần 30 năm trở lại đây. Năm 1979 Trung tâm Năng lượng Mới
đầu tiên được thành lập. Từ năm 1980 đến năm 1990, chương trình nghiên cứu
khoa học cấp Nhà nước về năng lượng mới được tiến hành gồm 32 đề tài nghiên

cứu. Nhiều đề tài nghiên cứu đã được triển khai có kết quả
ở nhiều địa phương,
mang lại các lợi ích thiết thực, đặc biệt là tại các vùng sâu, vùng xa, nơi mà mạng
lưới điện quốc gia chưa được bao phủ.
Các nguồn năng lượng tái tạo sử dụng cho sản xuất điện bao gồm năng lượng
Mặt trời, gió, thủy điện nhỏ và năng lượng sinh học. Năng lượng tái tạo, ngoài lợi
thế là mộ
t nguồn năng lượng vô tận, không cạn kiệt và không gây ô nhiễm môi
trường còn có một lợi thế rất lớn là có tiềm năng tại các vùng sâu vùng xa, biên
giới, hải đảo, khi mà trong điều kiện phát triển kinh tế của nước ta các mạng lưới
điện quốc gia chưa tới được.
Dưới đây đầu tiên sẽ nêu vắn tắt mục tiêu tổng quát về phát triển ngành
năng lượng Việt Nam trong giai đo
ạn tới – một vấn đề hết sức quan trọng
đến sự phát triển của năng lượng tái tạo và tiếp sau đó sẽ đề cập đến một số
nghiên cứu và triển khai ứng dụng các dạng năng lượng tái tạo nêu trên ở
Việt Nam.
I.3.1. Mục tiêu tổng quát phát triển ngành năng lượng Việt Nam trong
giai đoạn tới
Trên quan điểm chỉ đạo nêu trong Nghị quyết Đại hội IX của Đảng, để
góp phần thực hiện thành công mục tiêu chiến lược phát triển kinh tế xã hội
của Đảng, mục tiêu tổng quát phát triển ngành năng lượng Việt Nam trong
giai đoạn tới là: “Khai thác và sử dụng hợp lý, có hiệu quả nguồn tài nguyên
năng lượng trong nước; Cung cấp đầy đủ năng lượng với chất lượ
ng ngày
càng cao, giá cả hợp lý cho phát tiển kinh tế - xã hội; Đảm bảo an ninh năng
Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
20
lượng quốc gia; Đa dạng hóa phương thức đầu tư và kinh doanh trong lĩnh
vực năng lượng, từng bước hình thành và phát triển thị trường năng lượng

cạnh tranh; Đẩy mạnh phát triển nguồn năng lượng mới và tái tạo để đáp
ứng cho nhu cầu, nhất là vùng sâu, vùng xa, biên giới, hải đảo; Phát triển
nhanh, hiệu quả và bền vững ngành năng lượng, phát triển đi đôi bảo vệ môi
tr
ường”.
Năng lượng hiện nay chủ yếu được cung cấp từ nguồn nhiên liệu hóa thạch
không tái tạo, các nguồn này cuối cùng sẽ bị cạn kiệt. Do vậy, nhiều quốc gia
đã chú ý nhiều hơn tới việc phát triển năng lượng tái tạo. Trong hơn một thập
kỷ qua, tốc độ tăng trưởng trung bình của năng lượng tái tạo chung của cả thế
giới là 8%/năm.
Theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006 – 2015 có xét
đến 2025 [8] đã được thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 18 tháng 7 năm
2007, chương trình phát triển nguồn điện giai đoạn 2011 – 2015 đối với
phương án phụ tải cơ sở (với nhu cầu điện 190 tỷ kWh vào năm 2015) được xác
định có xem xét tới khả năng tham gia của năng lượng tái tạo trong hệ thống
điện Vi
ệt Nam.
1. Giai đoạn 2008 – 2015
Theo dự báo trong Quy hoạch điện, sự đóng góp của các nguồn điện tái tạo
theo phương án phụ tải tăng 17%, đến năm 2015 là 1.424MW, năm 2020 là
2.774 MW, năm 2025 là 3.824 MW, chiếm 3% trong tổng các nguồn điện trong
cả nước. Để đáp ứng được tỉ lệ đóng góp cũng như giảm thiểu sử dụng nguồn
nhiên liệu hóa thạch và tác động xấu đế
n môi trường, phương án nguồn điện tái
tạo kiến nghị là phương án kịch bản cao, trong đó nguồn thủy điện nhỏ chiếm
gần 30% (đối với miền Bắc), khoảng 80 – 90% (đối với miền Trung), khoảng 33
– 36% (đối với miền Nam). Sự đóng góp các nguồn điện tái tạo ở miền Trung là
lớn nhất, sau đó đến miền Bắc, cuối cùng là miền Nam, đi
ều này chứng tỏ tiềm
năm khai thác các nguồn năng lượng tái tạo của miền Trung là lớn nhất.

Với chương trình phát triển nguồn điện tái tạo này, đến năm 2015 tổng công
suất các nhà máy điện tái tạo của nước ta là 2.603 MW, trong đó thủy điện nhỏ
chiếm 76,3%, năng lượng sinh học 12,15%, năng lượng gió 8,34%, còn lại là các
nguồn năng lượng tái tạo khác.
Công suất lắp đặ
t các nguồn điện năng lượng tái tạo ở các miền trong toàn
quốc vào giai đoạn 2008 – 2015 thể hiện ở bảng I.1 [8].

Chương I. Mở đầu
21
Bảng I.1. Công suất (MW) các nguồn điện năng lượng tái tạo
trong giai đoạn 2008 – 2015 [8]
Loại năng lượng
tái tạo
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
Toàn quốc 1.183,7 1.370,9 1.495,9 1.703,4 1922,3 2.104,3 2.347,6 2.603,0
Miền Bắc 411,6 476,7 505,7 571,8 661,2 688,7 769,4 825,0
Tổng điện năng 365,15 430,25 456,75 522,35 609,75 631,75 709,45 748,8
Năng lượng s. học 44,6 44,6 44.6 44,6 45,6 50,6 53,6 66,6
Năng lượng Mặt trời 0,504 0,504 0,504 0,504 0,504 0,504 0,504 0,8
Năng lượng gió 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8
Địa nhiệt 0 0 0 0 0 0 0 0
Thủy triều 0 0 0 0 0 0 0 0
Miền Trung 637,9 760,0 798,5 812,9 818,4 936,9 986,5 1091,9
Tổng điện năng 579,8 700,4 700,4 714,8 719,8 814,8 845,9 864,4
Năng lượng s. học 57 57 67 67 67 72 72 97
Năng lượng Mặt trời 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 1
Năng lượng gió 0,45 0,45 28,45 28,45 28,45 28,45 28,45 72,45
Địa nhiệt 0 0 0 0 0 18 36 51
Thủy triều 0 0 0 0 0 0 0 0

Miền Nam 134,3 134,3 191,8 318,8 442,8 478,8 591,8 686,1
Tổng điện năng 64,5 64,5 64,5 164,5 264,5 274,5 374,5 374,5
Năng lượng s. học 56,1 561 59,1 86,1 107,1 112,1 122,1 152,6
Năng lượng Mặt trời 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0.5 0,5 0,85
Năng lượng gió 7,75 7,75 60,25 60,25 60,25 80,25 80,25 143,75
Địa nhiệt 0 0 0 0 0 0 0 0
Thủy triều 0 0 0 0 0 0 0 0
2. Định hướng giai đoạn 2016 – 2025
Đến năm 2020 tổng công suất lắp đặt các nguồn điện tái tạo của nước ta là
3.859,4 MW, trong đó thủy điện nhỏ 2.684 MW (69,54%), điện gió 484 MW
(12,54%), năng lượng sinh học 400,7 MW (10,38%), còn lại là các nguồn năng
lượng tái tạo khác.
Điện sản xuất năm 2020 là 16.476 GWh, trong đó thủy điện nhỏ 11.540,8
GWh (10,94%), còn lại là các nguồn năng lượng tái tạo khác.
Đến năm 2025 t
ổng công suất lắp đặt các nguồn điện tái tạo của nước ta là
4.789,8 MW (9,66%), còn lại là các nguồn năng lượng tái tạo khác.
Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
22
3. Các dự án đầu tư cung cấp điện cho các huyện đảo Việt Nam
1. Huyện đảo Cô Tô (Quảng Ninh)
Hệ thống điện huyện đảo Cô Tô được xây dựng từ năm 1999 với tổng mức
đầu tư 2,1 tỷ đồng bao gồm: nguồn điện Diesel và lưới điện hạ thế, cấp điện cho
khu vực thị trấn Cô Tô, nơi tập trung đông dân cư và các cơ
quan hành chính
huyện. Các khu vực khác như xã Đồng Tiến, xã Thanh Lân hiện được cung cấp
điện bởi các cụm Diesel nhỏ lẻ, công suất từ 5kVA đến 35kVA. Với tình hình
cung cấp điện hiện nay của các trạm Diesel trên toàn huyện, nhìn chung không
đáp ứng được nhu cầu phụ tải. Bảng I.2 đưa ra tổng hợp nhu cầu điện năng và
công suất toàn huyện đảo Cô Tô giai đoạn đến năm 2015.

Bảng I.2. Tổng hợp nhu cầu điện năng và công suất toàn huyện đảo Cô Tô
giai đoạn đến 2015
Nhu cầu điện năng (kWh) Nhu cầu công suất (kW)

TT

Ngành
2010 2015 2010 2015
1 Tiêu dùng dân cư 1.211.759 2.776.945 682 1.250
2 Thương mại, dịch vụ, công nghiệp 2.594.692 4.555.546 749 1.183
3 Tổng nhu cầu toàn huyện 3.806.451 7.332.491 1.359 2.311
Phương án cấp điện:
- Các trạm phát điện gió (10-20kW) và pin Mặt trời (10-20kW) nạp ắc quy cấp
điện cho từng cụm dân cư sống gần nhau, còn trạm phát điện Diesel tại thị trấn
đã được cải tạo và nâng cấp; Xây mới trạm phát điện Diesel tại trung tâm xã đảo
Thanh Lân.
- Tổng vốn đầu tư cho nguồn và lưới điện đến năm 2015 là: 41.104 tỷ đồng.
2. Huy
ện đảo Bạch Long Vĩ (Hải Phòng)
Đến tháng 12/2004, trạm Điện gió – Diezel: Tuốc bin gió công suất 800 kW
và 2 máy phát điện Diesel (414kVA/máy) trên đảo đi vào hoạt động. Bảng I.3
nêu tổng hợp nhu cầu điện năng và công suất toàn huyện đảo Bạch Long Vĩ giai
đoạn đến 2015.


Chương I. Mở đầu
23
Bảng I.3. Tổng hợp nhu cầu điện năng và công suất toàn huyện đảo Bạch Long Vĩ giai
đoạn đến 2015
Nhu cầu điện năng (kWh)

Nhu cầu công suất
(kW)

TT

Ngành
2006 2010 2015
200
6
2010 2015
1 Tiêu dùng dân cư 269.125 377.346 622.434 189 224 296
2 Thương mại, dịch vụ,công nghiệp 419.136 2.112.841 3.441.466 427 833 1.148
3 Tổng nhu cầu toàn huyện 688.261 2.490.188 4.063.900 616 1.057 1.444
Giá điện hiện tại của huyện đảo được hỗ trợ nhiều từ ngân sách nhà nước. Giá
bán bình quân đối với hộ gia đình là 700 đồng/ kWh, đối với hộ sản xuất kinh
doanh là 1300 đồng/ kWh.
- Lưới điện: Lưới điện trung thế của huyện đảo được xây dựng đồng bộ với
trạm điện gió – Diesel, hiện tại đang vận hành ổn đị
nh, gồm hệ thống cáp ngầm
trung thế 10 kV tổng chiều dài 3,7km và 5 trạm biến áp phân phối 10/ 0,4 kV với
tổng công suất 1.060 kVA.
- Nhận xét: Hiện nay, nguồn điện trên huyện đảo Bạch Long Vĩ đã đáp ứng đủ
nhu cầu phụ tải toàn huyện. Hệ thống đường dây trung thế và các trạm biến áp
hoạt động bình thường, đảm bảo cung cấp điện ổn định, an toàn.
Phương án c
ấp điện:
• Giai đoạn 2008 – 2010: Phục hồi phần mềm điều khiển hệ thống điện gió –
Diesel và bổ sung thêm hệ thống tích trữ điện của gió vào ắc quy.
• Giai đoạn 2010 – 2015: Lắp đặt thêm hệ thống nguồn cấp mới : Động cơ
gió phát điện 2 x 400kW và Diesel 750kVA.

• Xây dựng mới lưới điện hạ áp với chiều dài là 7,4km; 4 trạm biến áp với
tổng công suất 1370k VA lắp đặt mới 88 công tơ điện 1 pha và 3 pha.
• Tổng vốn đầu tư cả giai đoạn là 47,3 tỷ đồng.
3. Huyện đảo Cồn Cỏ (Quảng Trị)
Bảng I.4 nêu tổng hợp nhu cầu điện năng và công suất toàn huyện đảo Cồn Cỏ
giai đoạn đến 2015.


Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
24
Bảng I.4. Tổng hợp nhu cầu điện năng và công suất toàn huyện đảo Cồn Cỏ
giai đoạn đến 2015
Nhu cầu điện năng (kWh) Nhu cầu công suất (kW)
TT Ngành
2010 2015 2010 2015
1 Công nghiệp, xây dựng 264.000 551.000 83 158
2 Thương mại, dịch vụ 113.000 269.000 66 158
3 Tiêu dùng dân cư 143.000 236.000 56 95
4 Khác 108.000 140.000 64 82
Tổng nhu cầu toàn huyện 628.000 1.196.000 205 374
Phương án cấp điện:
• Giai đoạn 2008 – 2010: Xây dựng nguồn Diesel công suất 2 x 160 =
320kVA. Xây dựng hai lộ đường dây 0,4kV, với tổng chiều dài 2.160 km.
• Giai đoạn 2010 – 2015: Tăng công suất Diesel lên thành 3 x 160 =
480kVA và lắp đặt thêm hệ thống nguồn cấp mới. Động cơ gió phát điện 1
x 250 KW. Xây dựng bổ sung một lộ đường dây 0,4 KV với tổng chiều dài
1.558 km.
• Tổng vốn đầu tư cả giai đoạn là 6,62 tỷ đồng.
4. Huyện đảo Lý Sơn (Quảng Ngãi)
Bảng I.5 nêu tổng hợp nhu cầu điện năng và công suất toàn huyện đảo Lý Sơn

giai đoạn đến 2015.
Bảng I.5. Tổng hợp nhu cầu điện năng và công suất toàn huyện đảo Lý Sơn
giai đoạn đến 2015
Nhu cầu điện năng Nhu cầu công suất (kW)
TT Ngành
2006 2010 2015 2010 2015
1 Công nghiêp-xây dựng 4.242 1.424.000 6.720.000 600 2.400
2 Nông-Lâm-Thủy sản 276 20.000 260.000 20 260
3 Thương mại dịch vụ 6.803 160.000 1.343.000 80 540
4 Tiêu dùng dân cư 1.144.466 3.413.400 7.896.820 1.680 3.600
5 Khác 21.185 100.000 630.000 50 315
Tổng nhu cầu toàn huyện 1.176.972 5.117.400 16.840.820 1.850 3.900
Chương I. Mở đầu
25
Phương án cấp điện:
• Cấp điện cho đảo lớn: Xây dựng nguồn Diesel (475+3 × 780KVA) + Tua
bin gió 2×850 = 320KVA xây dựng hai lộ đường dây 0,4kV, với tổng chiều dài
2.160 km.
• Cấp điện cho đảo nhỏ: Xây dựng nguồn gió 10kW và pin Mặt trời 17,28 kWp.
• Tổng vốn đầu tư cả giai đoạn là 167,3 tỷ đồng.
5. Huyện đảo Phú Quý (Bình Thuận)
Bảng I.6 nêu tổng hợp nhu cầu điện năng và công suất toàn huyện đảo Phú
Quý giai đoạn đến 2015.
Bảng I.6. Tổng hợp nhu cầu điện năng và công suất toàn huyện đảo Phú Quý
giai đoạn đến 2015

Nhu cầu điện năng Nhu cầu công suất
TT Ngành
2006 2015 2010 2015
1 Công nghiêp-xây dựng 1.372.000 5.623.000 550 2.340

2 Thương mại dịch vụ 2.846.000 6.261.200 1.150 2.250
3 Tiêu dùng dân cư 8.099.000 13.832.000 3.100 5.150
4 Khác 1.200.000 3.500.000 500 1.250
Tổng nhu cầu toàn huyện 13.517.000 29.216.000 3.300 6.500
Phương án cấp điện:
• Xây dựng nguồn Diesel (3.400 KVA) + tuốc bin gió (2×850 KVA). Đến
năm 2015 bổ sung thêm 1 tuốc bin gió.
• Tổng vốn đầu tư cả giai đoạn là 114,8 tỷ đồng.
6. Huyện đảo Côn Đảo (Bà Rịa – Vũng Tàu)
Bảng I.7 nêu tổng hợp nhu cầu điện năng và công suất toàn huyện đảo Côn
Đảo giai đoạn đến 2015.
Bảng I.7. Tổng hợp nhu cầu tiêu thụ điện của huyện đảo Côn Đảo
giai đoạn đến 2015
TT Hạng mục 2006 2007 2010 2015
1 Công suất (kW) 2.410,3 2.903,6 4.514,5 6.746,0
2 Điện thương phẩm 4.692,9 5.648,7 9.842,7 16.865,0