giáo trình lý thuyết năng lượng tái tạo

Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


I

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CƠ ĐIỆN



BÀI GIẢNG
NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO




Biên Soạn: Lê Phương Trường
Lưu Hành Nội Bộ



Biên Hòa 1/10/2010
Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


II

PHẦN 1 NĂNG LƯỢNG GIÓ 1
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ ………………………………… 2
1.1 Khái niệm 2

1.2 Lịch sử phát triển 3
1.3 Nguồn tài nguyên gió 4
1.3.1 Sự hình thành năng lượng gió 4
1.3.2 Bản chất của gió 5
1.4 Năng Lượng gió trên thế giới và Việt Nam 6
1.4.1 Thống kê tổng công suất năng lượng gió trên toàn thế giới 6
1.4.2 Năng lượng gió ở Châu Âu 11
1.5 Năng lượng gió ở Việt Nam Triển vọng và phát triển 14
1.5.1 Tình hình cung- cầu điện năng ở Việt Nam 14
1.5.2 Tiềm năng điện gió của Việt Nam 15
1.5.3 Phân bố năng lượng gió trên lãnh thổ Việt Nam 17
Chương 2 TỐC ĐỘ GIÓ VÀ NĂNG LƯỢNG 24
2.1 Tốc độ gió và công suất 24
2.2 Vòng quét Rotor 25
2.3 Mật độ không khí 26
2.4 Hệ số mật độ không khí 27
Chương 3 HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIÓ 32
3.1 Xác suất phân bố và mật độ năng lượng gió 32
3.1.1 Xác suất phân bố Rayleigh 33
3.1.2 Xác suất phân bố weibull 33
3.2 Mật độ năng lượng gió 36
3.3 Sự ảnh hưởng của chiều cao đặt rotor (hub height) đến tốc độ gió 38
3.3.1 Chuyển đổi tốc độ gió theo luật lũy thừa của công suất (power law profile) 39
3.3.2 Chuyển đổi tốc độ gió theo lôgaric (Logarithmic profile) 39
3.4 Tài nguyên gió tại Việt Nam 41
3.4.1 Quy luật và đặc điểm chung trong phân bố tốc độ gió trên lãnh thổ Việt Nam 41
3.4.2 Phân bố tốc độ gió tại mặt đất trên lãnh thổ 42
Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường

III

3.4.3 Phân bố tốc độ gió trên lãnh thổ tại các độ cao 43
3.4.4 Đặc điểm phân bố của tiềm năng năng lượng gió theo mùa 45
3.5 Nguyên Lý hoạt động và cấu trúc của tuốc bin năng lượng gió……… …56
3.5.1 Nguyên Lý hoạt động 49
3.5.2 Cấu trúc tuốc bin gió 49
3.5.2.1 Cấu trúc tuốc bin gió có trục nằm ngang 49
3.5.2.2 Cấu trúc tuốc bin gió có trục dọc 51
3. 6 Cấu trúc của hệ thống năng lượng gió 52
3.6.1 Tháp đỡ 52
3.6.2 Tuốc bin 53
3.6.3 Cánh đón lấy gió 55
3.6.4 Điều khiển tốc độ 57
Phần 2 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 63
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 64
1.1 Các khái niệm 64
1.2 Lịch sử phát triển của pin mặt trời 65
1.3 Năng lượng mặt trời trên thế giới 66
1.4 Tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam 67
Chương 2 PIN MẶT TRỜI 70
2.1 Cấu tạo 71
2.2 Các công nghệ chế tạo pin năng lượng mặt trời 72
2.2.1 Silic tinh thể (Crytalline silicon solar cell) 72
2.2.2 Pin màng mỏng (Thin-Film CIGS and CdTe Photovoltaic Technologies) 73
2.3 Nguyên lý hoạt động 74
2.3 Tấm và dãy năng lượng mặt trời 75
2.4 Đặc điểm của pin mặt trời 77
2.4.1 Mạch điện tương đương 77
2.4.2 Điện áp hở mạch và dòng ngắn mạch 79

Chương 3 BỨC XẠ MẶT TRỜI 82
3.1 Năng lượng từ mặt trời 82
Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


IV

3.2 Một số khái niệm 84
3.3 Đo cường độ bức xạ mặt trời 87
Chương 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 92
4.1 Lựa chọn sơ đồ cho hệ thống điện mặt trời 94
4.2 Tính toán hệ nguồn điện Pin mặt trời 94
4.2.1 Tính phụ tải theo yêu cầu 95
4.2.2 Tính toán năng lượng mặt trời cần thiết 97
4.2.3 Dung lượng của bộ acquy tính theo ampe-giờ, AH 98
Chương 5 HỆ THỐNG LAI 105
5.1 Khái niệm……………………………………………………………… 112
5.2 Các hệ thống lai thông dụng 106
5.2.1 Hệ thống lai năng lượng gió-mặt trời-ắc quy (Wind-PV-Battery hybrid
system). ………………………………………………………………………… 106
5.2.2 Hệ thống lai năng lượng mặt trời – tế bào nhiên liệu (PV-fuel cell hybrid
system) 107
Chương 6 ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 111
6.1 Ứng dụng kết nối lưới 111
6.1.1 Nhà máy năng lượng mặt trời sử dụng pin năng lượng mặt trời 111
6.1.2. Nhà máy điện mặt trời sử dụng nhiệt độ cao 112
6.2 Ứng dụng không kết nối lưới 115
6.2.1 Các hệ thống năng lượng mặt trời độc lập 115
6.2.1.1 Lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời ở arcata, California (Energy group get
solarized) 115

6.2.1.2 Một hệ thống năng lượng dùng cho một hộ gia đình nông thôn điển hình ở
anh 118
6.2.2 Các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời 121
6.2.2.1 Máy bơm nước sử dụng năng lượng mặt trời 121
6.2.2.2 Xe năng lượng mặt trời 121
Phần 3 CÁC LOẠI NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO KHÁC 127
Chương 1 NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI 128
1.1 Sinh khối và năng lượng sinh khối 128
Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


V

1.2Các công nghệ biến đổi sinh khối 129
1.2.1Các công nghệ nhiệt hóa 130
1.2.2 Công nghệ biến đổi sinh hóa 134
Chương 2 NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT 141
2.1 Nguồn năng lượng địa nhiệt 141
2.2 Các phát triển kỹ thuật 145
Chương 3 NĂNG LƯỢNG ĐẠI DƯƠNG 148
3.1 Năng lượng thủy triều 148
3.2 Năng lượng nhiệt đại dương 153
3.3 Năng lượng sóng biển 156

Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


1

Phần1
NĂNG LƯỢNG GIÓ
Mục đích và yêu cầu
Sau khi học xong phần này sinh viên nắm được
 Định nghĩa năng lượng gió
 Tiềm năng năng lượng gió tại Việt Nam
 Đặc điểm tính chất của gió
 Cấu trúc của một hệ thống gió
 Tính toán công suất của hệ thống năng lượng gió
 Tính toán sự phân bố năng lượng gió
Số tiết lên lớp 12 tiết
Bảng phân chia thời lượng
STT NỘI DUNG SỐ TIẾT
1 Tổng quan về năng lượng gió 4
2 Tốc độ gió và năng lượng 4
3 Hệ thống năng lượng gió 4

Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


2

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ
Mục đích và yêu cầu
Sau khi học xong chương này sinh viên nắm được
 Các khái niệm
 Lịch sử phát triển
 Tình hình năng lượng gió trên thế giới
 Tiềm năng năng lượng gió ở Việt Nam
Số tiết lên lớp 2 tiết
Bảng phân chia thời lượng
STT NỘI DUNG SỐ TIẾT
1 Khái niệm, lịch sử phát triển 1
2 Năng lượng gió trên thế giới
và Việt Nam
Tiềm năng năng lượng gió tại
Việt Nam
3

Trọng tâm của bài giảng
- Nêu các khái niệm về năng lượng gió
- Tiềm năng năng lượng gió tại Việt Nam

1.1 Khái niệm (xem [2] trang 9)
Nguồn Năng lượng gió là sự biến đổi năng lượng của gió thành một loại năng
lượng hữu dụng như là điện năng sử dụng tuốc bin gió, nguồn năng lượng được sản
xuất từ tuốc bin gió là nguồn năng lượng xanh, sạch không gây ô nhiễm môi trường
không gây hiệu ứng nhà kính.
Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


3

Câu hỏi hiểu bài:
1. Anh (Chị) hãy cho biết tại sao năng lượng gió được xem là một loại năng
lượng sạch?
2. Anh (Chị) hãy cho biết năng lượng gió được sản xuất từ thiết bị gì?
3. Anh (Chị) hãy cho biết năng lượng gió hình thành như thế nào?
1.2 Lịch sử phát triển (Xem [3] trang 11)
Năng lượng gió được con người sử dụng cách đây 5000 năm. Nó đã được
người Hy lạp cổ đại ứng dụng để chạy các thuyền buồm trên dòng sông Nile. Sau đó
người Châu Âu đã ứng dụng năng lượng gió trong các lĩnh vực giao thông vận tải
và các mục đích khác.Vào những năm 1700 và 1800 nó được ứng dụng để xay ngũ
cốc, máy bơm nước…
Tuốc bin gió đầu tiên được lắp đặt để tạo ra điện sử dụng cho những vùng
nông thôn ở Mỹ vào năm 1890 sau đó liên tiếp các thử nghiệm nối lưới các hệ thống
tuốc bin gió được lắp đặt. Một thử nghiệm lắp đặt tuốc bin gió có công suất 2MW
được lắp đặt tại Howard Knob năm 1979, tuốc bin gió 3MW được lắp đặt tại scốt
len vào năm 1988.
Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, nhu cầu về cung cấp điện
cũng như các nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt. Những tuốc bin gió
lớn được lắp đặt ngày càng nhiều, nó mang lại những lợi ích về kinh tế và môi
trường to lớn.

Dung lượng trung bình của các tuốc bin gió vào khoảng 300 kW cho đến
những năm 1990. Những tuốc bin gió mới được lắp đặt từ những năm 1990 đến nay
nằm trong phạm vi 1MW đến 3MW. Những tuốc bin gió có công suất 5MW đang
được lắp đặt tại một số quốc gia.
Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


4

Câu hỏi hiểu bài
4.Anh (Chị) hãy cho biết con người ứng dụng năng lượng gió đầu tiên để làm gì ?
5.Anh(Chị) hãy cho biết trước khi con người biết sử dụng năng lượng gió để phát
điện. Con người đã ứng dụng năng lượng gió để làm gì?
6.Anh(Chị) hãy cho biết trước thập niên 90 công suất trung bình của các tuốc bin gió
là bao nhiêu ?
7.Ngày nay công suất lớn nhất của các tuốc bin gió là bao nhiêu ?
8.Anh (Chị) hãy cho biết tại sao các nhà khoa học tập trung nghiên cứu năng lượng
gió ngày càng nhiều ?
1.3 Nguồn tài nguyên gió (xem [2] trang 22)
1.3.1 Sự hình thành năng lượng gió
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 mặt trời và thêm vào đó bức xạ mặt
trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khàc nhau về nhiệt
độ và vì thế là khác nhau về áp suất mà không khí giữa xích đạo và hai cực cũng
như không khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của trái đất di chuyển 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 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
thẳng 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.
Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


5

Ngoài các yếu tố tính toán trên gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa hình tại 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 nhanh hơn nước và hiệu ứng này xảy ra theo chiều
ngược lại.
Câu hỏi hiểu bài
9. Anh (Chị) hãy cho biết các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành nên năng
lượng gió?
10. Anh (Chị) hãy cho biết tại sao chúng ta cần phải nghiên cứu sự hình thành
năng lương gió?
11. Anh (Chị) hãy cho biết tại sao nói năng lượng gió được hình thành từ năng
lượng mặt trời?
12. Anh (Chị) hãy cho biết nếu như không có bức xạ mặt trời thì sự hình thành
năng lượng gió sẽ như thế nào?
1.3.2 Bản chất của gió
Năng lượng có sẵn trong gió khác nhau tùy thuộc vào lập phương của tốc độ
gió, do đó sự hiểu biết về đặc tính của tài nguyên gió là rất quan trọng cho tất cả các
khía cạnh của khai thác năng lượng gió, từ việc xác định những địa điểm phù hợp và
dự đoán khả năng kinh tế của các dự án trang trại năng lượng gió cho tới việc thiết
kế các tuốc bin gió và sự hiểu biết về hiệu quả của năng lượng gió trên các mạng

phân phối điện.
Từ đặc điểm của năng lượng gió đặc tính nổi bật nhất của nguồn tài nguyên
gió là sự biến thiên của nó. Gió có sự biến động về mặt địa lý và tính chất tạm thời
của nó. Hơn nữa sự biến đổi này có quy mô ảnh hưởng trên phạm vi rộng cả về
không gian và thời gian. Tầm quan trọng của điều này là mối quan hệ lập phương
của tốc độ gió với hệ năng lượng có sẵn.
Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


6

Trên một quy mô rộng lớn hơn, không gian biến thiên mô tả một thực tế rằng
có rất nhiều sự khác nhau về khí hậu ở các vùng khác nhau trên thế giới, một số nơi
có gió lớn hơn hoặc có nhiều bão hơn so với khu vực khác trên thế giới. Sự hiểu biết
về vấn đề này giúp cho vấn đề điều khiển và thiết kế các tuốc bin gió phù hợp với
điều kiện thời tiết từng khu vực. Trên thực tế một trong những vùng khí hậu biến
thiên trên một quy mô nhỏ hơn phần lớn được quyết định bởi địa lý tự nhiên ví dụ
như tỷ trọng của đất và biển, kích thước của đất, và sự hiện diện của các ngọn núi
hoặc vùng đồng bằng.
Câu hỏi hiểu bài
13. Anh (Chị) hãy cho biết tại sao nói bản chất của gió chỉ có tính chất tạm thời?
14. Anh (Chị) hãy cho biết tại sao chúng ta cần phải hiểu biết về bản chất của
gió?
15. Anh (Chị) hãy cho biết tại sao nói gió có sự biến thiên theo địa lý?
16. Anh (Chị) hãy cho biết tại sao nói tốc độ gió biến thiên theo thời gian?
17. Anh (Chị) hãy cho biết nếu nghiên cứu đánh giá tốc độ gió theo một thời gian
ngắn có ưu điểm gì?
18. Anh (Chị) hãy cho biết nếu nghiên cứu đánh giá tốc độ gió theo một thời gian
ngắn có nhược điểm gì?
19. Anh (Chị) hãy cho biết nếu nghiên cứu đánh giá tốc độ gió theo một thời gian

dài có nhược điểm gì?\
20. Anh (Chị) hãy cho biết nếu nghiên cứu đánh giá tốc độ gió theo một thời gian
ngắn có ưu điểm gì?
1.4 Năng Lượng gió trên thế giới và Việt Nam (xem [4])
1.4.1 Thống kê tổng công suất năng lượng gió trên toàn thế giới
Theo thống kê của WEC (Global wind energy council) kết thúc năm 2008
tổng công suất sản xuất được của các tuốc bin gió trên toàn cầu là 120,791 gigawats
(Gw) chiếm 1.5% dung lượng điện sản xuất được của thế giới. Bảng 1.1 mô tả chi
Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


7

tiết tổng dung lượng năng lượng gió được lắp đặt từ năm 2007 đến năm 2008 trên
toàn cầu theo từng châu lục:
Bảng 1.1
Tổng dung lượng năng lượng gió trên toàn thế giới được lắp đặt từ năm 2007 đến
hết năm 2008



Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


8




Nguồn: GWEC[3]

(1) Nam Phi ,Cape Vede,Israel, Lebane, Nigeria,Jordan
(2) Thái lan, Băng la đét, in đô nê si a, Srilanka
(3) Bỉ , Bung Ga ri, Croatia, Cộng Hòa sec,Estonia, Foroe island, Phần Lan,
Hung-ga-ri, Latvia, luc-xam bua, Rô-maria, Nga, Slovakia, switzeland,
Ukraina.
(4) Áo, Đan Mạch, Pháp, Đức, Hy Lạp, Hung-ga-ri, Ai len, ý, Poland, Bồ đào
nha, Slovakia, tây ban nha, Thụy Điển, Anh, Bỉ, Cybrus, Estonia, Phần Lan,
Hung ga ri, Ai len, Rô ma ri a, slovakia,slovenia, cộng hòa séc, Lithuania,
Luxembua, Malta, Netherlands
(5) Cô lômbia, chi lê, cu ba.
Chú thích
Affrica and Middle East: Châu Phi và trung đông
Europe: châu âu
Asia: châu á
Latin America and Caribbean: châu mỹ la tin và ca ri bê
Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


9

North America: Bắc mỹ
Pacific Region : Vùng thái bình dương

Theo bảng thống kê 10 quốc gia có tổng dung lượng năng lượng gió lớn nhất
thế giới được trình bày ở bảng 1.2. Theo bảng thống kê ở bảng 1.2 thì top 10 quốc
gia có dung lượng lớn nhất thế giới chiếm 86,2% tổng dung lượng trên toàn cầu.
Bảng 1.2
Top 10 quốc gia có dung lượng lắp đặt lớn nhất thế giới

MW %
USA 25,170 20.8
Germany 23,903 19.8
Spain 16,754 13.9
China 12,210 10.1
India 9,645 8.0
Italy 3,736 3.1
France 3,404 2.8
England 3,241 2.7
Denmark 3,180 2.6
Portugal 2,862 2.4
Rest of world 16,104 13.8
Top 10 total 104,104 86.2
World total 120,791 13.8

Nguồn GWEC

Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


10


Hình 1.1Tổng dung lượng gió tích lũy trên toàn cầu từ 1990 đến 2007 (MW)
Chú thích
Rest of the world: Phần còn lại của thế giới
EU: Châu Âu


Hình 1.2 Dung lượng nănglượng gió hàng năm từ 1991 đến 2007(MW)

Chú thích
Rest of the world: Phần còn lại của thế giới
EU: Châu Âu
Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


11

Câu hỏi hiểu bài:
21.Anh (Chị) hãy cho biết quốc gia nào có công suất tuốc bin gió lắp đặt lớn nhất
thế giới hiện nay?
22.Anh (Chị) hãy cho biết quốc gia nào ở Châu Á có công suất tuốc bin gió lắp đặt
lớn nhất?
23.Anh (Chị) hãy cho biết quốc gia nào ở Châu Âu có công suất tuốc bin gió lắp đặt
lớn nhất?
24.Anh ( Chị ) hãy cho biết quốc gia nào có công suất mới lắp đặt lớn nhất thế giới?
25.Anh ( Chị ) hãy kể tên ba quốc gia đứng đầu thế giới về năng lượng gió ?
1.4.2 Năng lượng gió ở Châu Âu (xem [3] trang 19)
Việc sử dụng năng lượng gió đã và đang phát triển rất lớn ở Châu âu. Với sự
hỗ trợ của chính phủ về chống ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính đã thúc đẩy
sự phát triển năng lượng gió vốn đã lớn mạnh ở châu âu. Hình 1.3 tổng công suất
năng lượng gió được lắp đặt ở Châu âu đến cuối năm 2008.
Theo bảng báo cáo thì đến cuối năm 2008 tổng dung lượng năng lượng gió
được lắp đặt ở Châu âu là 65,933 MW trên tổng số 120,791 MW chiếm 54.58%
tổng năng lượng gió được lắp đặt trên toàn thế giới.
Theo bảng báo cáo của EWEA thì tổng công suất năng lượng gió được lắp
đặt mới ở Châu Âu là 8,846 MW chiếm 36% tổng công suất các nguồn năng lượng
mới được lắp đặt tại Châu Âu ( hình 1.4). Bảng báo cáo cho thấy tiềm năng phát
triển nguồn năng lượng gió là rất lớn so với các nguồn năng lượng khác.

Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


12



Hình 1.3Tổng công suất năng lượng gió được lắp đặt ở châu âu đến cuối năm
2008


Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


13

Bảng 1.3 Bảng báo cáo chi tiết tổng dung lượng năng lượng gió được lắp đặt của
các nước Châu Âu từ cuối năm 2007 đến cuối năm 2008



Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


14

Nguồn EWEA [4]
Hình 1.4 Tổng công suất các nguồn năng lượng mới được lắp đặt ở Châu Âu

1.5 Năng lượng gió ở Việt Nam Triển vọng và phát triển (xem [1])
1.5.1 Tình hình cung- cầu điện năng ở Việt Nam

Tốc độ tăng trưởng trung bình 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. Chiến lược công nghiệp hoá và duy trì tốc độ tăng trưởng cao để
thực hiện, dân giàu, nước mạnh và tránh nguy cơ tụt hậu sẽ còn tiếp tục đặt lên vai
ngành điện nhiều trọng trách và thách thức to lớn trong những thập niên tới. Để
Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


15

hoàn thành được những trọng trách này, ngành điện phải có khả năng dự báo nhu
cầu về điện năng của nền kinh tế trên cơ sở đó hoạch định và phát triển năng lực
cung ứng của mình.
Việc ước lượng nhu cầu về điện không hề đơn giản, bởi vì nhu cầu về điện là
nhu cầu dẫn xuất. Chẳng hạn như nhu cầu về điện sinh hoạt tăng cao trong mùa hè là
do các hộ gia đình có nhu cầu điều hoà không khí, đá và nước mát. Tương tự như
vậy các công ty sản xuất cần điện là do có thể được kết hợp với các yếu tố đầu vào
khác (như lao động, nguyên vật liệu v.v) để sản xuất ra các sản phẩm cuối cùng. Nói
cách khác, chúng ta không thể lượng nhu cầu về điện một cách trực tiếp mà phải
thực hiện một cách gián tiếp thông qua việc ước lượng nhu cầu của các sản phẩm
cuối cùng. Nhu cầu này, đến lược nó lại phụ thuộc vào nhiều biến số kinh tế và xã
hội khác.
Năm 2005 điện phục vụ tiêu dùng và công nghiệp chiếm tỷ trọng rất lớn, lần
lượt là 43,81% và 45,91%, trong khi 11% còn lại dành cho nông nghiệp và các nhu

cầu khác. Nhu cầu điện của khu vực công nghiệp tăng cao là hệ quả trực tiếp của
chủ trương công nghiệp hoá, hiện đại hoá nền kinh tế , mà một biểu hiện của nó là
tốc độ tăng trưởng giá trị giá trị sản xuất công nghiệp trung bình hơn 10 năm qua đạt
mức khá cao lá 10,5%. Còn ở khu vực tiêu dùng, cùng với mức tăng dân số, tốc độ
đô thị hoá khá cao. Kết quả là nhu cầu về về điện của toàn nền kinh tế tăng trung
bình gần 13%/năm, và tốc độ tăng của mấy năm trở lại đây thậm chí còn cao hơn
mức bình thường . Theo dự báo, tốc độ tăng chóng mặt này sẽ còn tiếp tục duy trì
trong nhiều năm tới. Đây thực sự là một thách thức to lớn, buộc ngành điện phải
phát triển vuợt bậc để có thể đáp ứng được nhu cầu phát triển kinh tế của đất nước.
1.5.2 Tiềm năng điện gió của Việt Nam
Nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam có một
thuận lợi cơ bản để phát triển năng lượng lượng gió. So sánh tốc độ gió trung bình
trong vùng biển đông VIệt Nam và các vùng biển lân cận cho thấy gió tại Biển Đông
khá mạnh và thay đổi nhiều theo mùa.
Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


16

Trong chương trình đánh giá về năng lượng cho Châu Á, Ngân hàng thế giới
đã có một khảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực Đông Nam Á, trong đó có
Việt Nam. Theo tính toán của nghiên cứu này, trong bốn nước được khảo sát thì
Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất và hơn hẳn các quốc gia lân cận là Thái Lan,
Lào và Campuchia. Trong khi Việt Nam có tới 8.6% diện tích lãnh thổ được đánh
giá có tiềm năng từ “tốt” đến “rất tốt” để xây dựng các trạm điện gió cỡ lớn thì diện
tích này ở Campuchia là 0.2% ở Lào là 2,9%, và ở Thái Lan cũng chỉ là 0.2%. Tổng
tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360 MW tức là bằng hơn 200 lần công
suất của thủy điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào
năm 2020. Nếu xét tiêu chuẩn để xây dựng các trạm điện gió cở nhỏ phục vụ cho
phát triển kinh tế ở những khu vực khó khăn thì Việt Nam có đến 41% diện tích

nông thôn có thể phát triển điện gió loại nhỏ. Nếu so sánh con số này với các nước
láng giềng thì Campuchia có 6%, Lào có 13% và Thái Lan là 9% diện tích nông
thôn có thể phát triển năng lượng gió
Năng lượng gió được đánh giá là thân thiện nhất với môi trường và ít gây ảnh
hưởng xấu về mặt xã hội. Để xây dựng một nhà máy thuỷ điện lớn cần phải nghiên
cứu kỹ lưỡng các rủi ro có thể xảy ra với đập nước. Ngoài ra, việc di dân cũng như
việc mất các vùng đất canh tác truyền thống sẽ đặt gánh nặng lên vai những người
dân xung quanh khu vực đặt nhà máy, và đây cũng là bài toán khó đối với các nhà
hoạch định chính sách. Hơn nữa, các khu vực để có thể quy hoạch các đập nước tại
Việt Nam cũng không còn nhiều.
Song hành với các nhà máy điện hạt nhân là nguy cơ gây ảnh hưỡng lâu dài
đến cuộc sống của người dân xung quanh nhà máy. Các bài học về rò rỉ hạt nhân
cộng thêm chi phí đầu tư cho công nghệ, kĩ thuật quá lớn khiến càng ngày càng có
nhiều sự ngần ngại khi sử dụng loại năng lượng này
Các nhà máy điện chạy nhiên liệu hoá thạch thì luôn là những thủ phạm gây ô
nhiễm nặng nề, ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khoẻ người dân. Hơn thế
nguồn nhiên liệu này kém ổn định và giá có xu thế ngày một tăng cao.
Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


17

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 cần một lực
lượng lao động là các kỹ sư kỹ thuật vận hành và giám sát lớn hơn các loại hình
khác, vì việc 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 tuốc bin 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 cầnh tác không bị ảnh hưởng nhiều.

Câu hỏi hiểu bài
26.Anh (Chị) hãy cho biết so với các nước lân cận thì tiềm năng năng lượng gió của
nước ta được đánh giá như thế nào?
27.Anh (Chị) hãy cho biết nhu cầu sử dụng điện của nước ta hiện nay là như thế
nào?
28.Anh (Chị) hãy cho biết tổng điện năng của năng lượng gió của nước ta được đánh
giá là bao nhiêu?
29.Anh (Chị) hãy cho biết tốc độ tăng trưởng về điện năng của nước ta như thế nào?
30.Anh (Chị) hãy kể tên những công trình năng lượng gió ở nước ta mà anh chị biết?
31.Anh (Chị ) hãy cho biết tại sao Việt Nam được đánh giá là một trong những nước
có tiềm năng năng lượng gió thương mại?
32. Anh (Chị) hãy cho biết những lợi ích khi sử dụng năng lượng gió?
33. Anh (Chị) hãy cho biết những khó khăn khi áp dụng năng lượng gió tại Việt
Nam?
34. Anh (Chị) hãy cho biết những công ty sản xuất tuốc bin gió có công suất vừa và
nhỏ tại Việt Nam?
1.5.3 Phân bố năng lượng gió trên lãnh thổ Việt Nam
Để đánh giá tài nguyên năng lượng gió, đã nghiên cứu sự phân bố tổng năng
lượng gió cả năm và hai mùa (nóng, lạnh) trên toàn lãnh thổ tại các mức độ cao đã
nêu.
Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


18

a. Tiềm năng năng lượng gió tại mặt đất
Ở mặt đất, tiềm năng năng lượng gió củaViệt Nam nhìn chung nhỏ. Trên phần
lớn lãnh thổ tổng năng lượng gió cả năm không vượt quá 200Kwh/m
2
. Chỉ trên các

hải đảo, các vị trí nằm sát biển và trên các núi cao mới có tiềm năng khả quan. Khu
vực Bắc Bộ, nơi có tiềm năng đáng kể là duyên hải từ Cẩm Phả đến Ninh Bình và
phần đồng bằng tiếp giáp với duyên hải này. Nhiều vị trí nằm sát biển của các tỉnh
thuộc đồng bằng Bắc Bộ, tổng năng lượng năm có thể đạt tới 500Kwh/m
2
Một số
nơi trên dãy núi cao Hoàng Liên Sơn, tổng năng lượng năm lớn hơn 500Kwh/m
2
tại
vùng núi phía Đông Lạng Sơn, năng lượng do gió mang lại rất phong phú. Ngoài ra,
trên các núi cao biên giới phía Bắc và vùng núi cao nguyên Mộc Châu gió cũng có
tiềm năng đáng kể. Ở nửa phía Bắc Trung Bộ, tiềm năng khá nghèo. Chỉ có dải
duyên hải hẹp của Hà Tĩnh, các tỉnh vùng Bình Trị Thiên và núi cao trên dãy
Trường Sơn mới có tiềm năng khá hơn. Tuy nhiên cũng chỉ ở mức 300 đến
400Kwh/m
2
. Phần lớn diện tích của nửa phía Nam Trung Bộ là vùng núi và cao
nguyên Tây Nguyên. Đây là vùng có tiềm năng khả quan rộng lớn nhất trên lãnh
thổ; trừ vùng đất thấp phía Tây giáp Campuchia và vùng núi thấp phía Đông thuộc
các tỉnh Quảng Ngãi, Bình Định có tiềm năng nhỏ, các nơi khác có tiềm năng khá
phong phú; đặc biệt là vùng núi phía Đông Nam nối tiếp với biển (thuộc các tỉnh
Ninh Thuận, Bình Thuận và Đồng Nai) có nhiều nơi tổng năng lượng năm đạt tới
500Kwh/m
2
. Duyên hải Nam Bộ có tiềm năng phong phú. Đặc biệt là duyên hải phía
Tây từ Hà Tiên đến mũi Cà Mau, nơi chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió mùa Tây
Nam, trong thời kỳ nóng có năng lượng gió rất lớn. Phần đồng bằng Nam Bộ nằm
sâu trong đất liền có tiềm năng nhỏ. Trên các hải đảo phía Đông lãnh thổ, tổng năng
lượng gió năm từ 700Kwh/m
2

tại các hải đảo gần bờ, tăng dần khi càng ra xa bờ. Tại
đảo Trường Sa là 2058Kwh/m
2

và Bạch Long Vĩ là 3064Kwh/m
2
. Trên các dảo phía
Nam lãnh thổ tiềm năng nhỏ hẳn, tại Côn Đảo là 302Kwh/m
2
và Phú Quốc là
440Kwh/m
2
.
b. Tiềm năng năng lượng gió tại các độ cao
Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


19

Mức độ tăng của tốc độ gió, do đó mức độ tăng của năng lượng gió theo độ cao
phụ thuộc vào độ gồ ghề mặt đệm. Độ gồ ghề mặt đệm càng lớn hay địa điểm càng
bị che chắn nhiều thì độ tăng của năng lượng gió theo độ cao càng lớn.
Căn cứ trên số liệu tính toán cho 150 trạm trong mạng lưới khí tượng toàn quốc
có thể xác định các loại hình chủ yếu phụ thuộc vào tính chất địa hình và vị trí địa lý
như sau:
 Loại hình 1: các nơi thấp trong vùng núi có độ chia cắt lớn.
 Loại hình 2: Trung du và các vị trí tương đối thoáng trong các vùng
núi.
 Loại hình 3: Đồng bằng
 Loại hình 4: Cao nguyên và các vị trí cao ít bị che chắn trong các vùng

núi
 Loại hình 5: Duyên hải
 Loại hình 6: Hải đảo.
Độ lớn của năng lượng gió tại các độ cao W
zi
tại các độ cao Z
i
= 20m, 40m,
60m so với mặt đất (Z = 10m) W
10
được đánh giá bằng tỉ số W
zi
/ W
10
trong bảng 1
dưới đây.
c. Tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 20m trên mặt đất
Theo bảng 1, so với độ cao 10m thì tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 20m
tại phần lớn các vùng trên lãnh thổ cao gấp 2 ÷ 2.5 lần. Trên các cao nguyên và tại
các vị trí núi cao tương đối thoáng năng lượng ở độ cao 20m cũng lớn gấp 1.7 ÷ 1.8
lần so với độ cao 10m. Tỉ lệ này giảm đi còn 1.6 ở các vùng duyên hải, 1.5 tại các
hải đảo gần bờ và 1.4 tại các đảo xa bờ.
Khu vực có tiềm năng khả quan, tổng năng lượng năm lớn hơn 500Kwh/m
2
là
các dãy núi cao Hoàng Liên Sơn, biên giới phía Đông tỉnh Lạng Sơn, duyên hải
Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo Biên soạn : Lê Phương Trường


20

thuộc đồng bằng Bắc Bộ; vùng núi cao và phần cao nguyên cao nằm kế tiếp khá
rộng lớn của Tây Nguyên kéo xuống phía Nam lan rộng ra tận duyên hải Ninh
Thuận – Bình Thuận của Trung Bộ và duyên hải Nam Bộ.
Bảng 3.2Tỷ số W
zi
/ W
10



Loại hình
20m 40m 60m
1
2
3
4
5
6
2.3 ÷ 2.5
2.2
1.9 ÷ 2.1
1.7 ÷ 1.8
1.6
1.4 ÷ 1.5
4.5 ÷ 4.8
4.0 ÷ 4.4
3.1 ÷ 3.9
2.8 ÷ 3.0
2.4 ÷ 2.7

2.0 ÷ 2.3
6.2 ÷ 6.6
5.6 ÷ 6.1
4.1 ÷ 5.5
3.4 ÷ 4.0
2.9 ÷ 3.3
2.4 ÷ 2.8

Trên các đỉnh cao của Hoàng Liên Sơn và Tây Nguyên, tổng năng lượng năm
vượt 700Kwh/m
2
. Mức giá trị này còn xuất hiện tại duyên hải thuộc đồng bằng Bắc
Bộ, một phần duyên hải các tỉnh Nam Trung Bộ và dải duyên hải phía Tây Nam Bộ.
Trên các hải đảo phía Đông lãnh thổ tổng năng lượng năm từ 1000 ÷
1100Kwh/m
2
ở Bạch Long Vĩ. Trên các đảo phía Nam lãnh thổ tổng năng lượng chỉ
500 ÷ 700kwh/m
2
năm.
d. Tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 40m trên mặt đất
Theo bảng 3.2, so với độ cao 10m thì tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 40m
tại các vùng trung du, núi thấp và các vị trí thấp trong vùng núi cao lớn gấp 4 ÷ 5
lần; ở đồng bằng, cao nguyên và núi cao khoảng 2.8 ÷ 4 lần; duyên hải 2.4 ÷ 2.7 lần
và tại các hải đảo 2 ÷ 2.3 lần.
Với mức tăng của năng lượng gió theo độ cao như vậy thì tại độ cao 40m trên
mặt đất khoảng nửa diện tích lãnh thổ đã có tiềm năng lớn hơn 400kwh/m
2
năm.