Nghiên cứu và phân tích mô hình máy phát điện gió
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.36 MB, 106 trang )
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Lưu Tuấn Kiệt
ii
LỜI CÁM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài Luận văn, em được sự chỉ dẫn tận tình của
quý Thầy, Cô Bộ môn tham gia giảng dạy lớp chuyên ngành thiết bị mạng và nhà
máy điện, Phòng quản lý khoa học công nghệ nghành Thiết bị điện trường ĐH Kỹ
Thuật Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của
Thầy TS. Huỳnh Châu Duy, người đã giúp đỡ hướng dẫn tận tình và định hướng đề
tài để em hoàn thành được luận văn này. Điều này đã giúp em hoàn thành được
luận văn đúng tiến độ và tiếp thu được nhũng kiến thức quý giá.
LƯU TUẤN KIỆT
iii
TÓM TẮT
Do sự gia tăng khí thải gây ra từ hiệu ứng nhà kính, năng lượng tái tạo được chú ý
nhiều hơn. Gió là một dạng năng lượng tái tạo. Đó là một nguồn năng lượng sạch và
phong phú, nó có thể sản xuất điện hầu như không có khí thải, các khí gây ô nhiễm.
Máy phát điện cảm ứng, máy phát điện cảm ứng nguồn kép và máy phát điện đồng
bộ nam châm vĩnh cửu là loại máy phát điện, được sử dụng rộng rãi cho các dạng
điện gió, đặc biệt là ở vùng sâu vùng xa. Mỗi máy phát điện có một số ưu điểm và
khuyết điểm riêng. Luận án này nghiên cứu các dạng máy phát. Mô phỏng được
thực hiện bằng cách sử dụng Matlab / Simulink trong luận văn này.
iv
Abstract
Due to an increase in greenhouse gas emissions, more attention is being given to
renewable energy. Wind is a renewable energy. It is a clean and abundant resource
that can produce electricity virtually with no emission of pollutant gases. Induction
generators, doubly-fed induction generators and permanent magnet synchronous
generators are generator types, widely used for wind powered electric generation,
especially in remote and isolated areas. Each generator has some advantanges and
disadvantanges. This thesis researches for each generator. The simulation is
implemented using Matlab/Simulink in this thesis.
v
vi
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
TÓM TẮT iii
ABSTRACT iv
MỤC LỤC v
DANH TỪ VIẾT TẮT viii
DANH MỤC CÁC BẢNG ix
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH x
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1
1.1. Giới thiệu 2
1.2. Cấu trúc của luận văn 13
1.3. Kết luận 13
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH MÁY PHÁT
ĐIỆN GIÓ 14
2.1. Giới thiệu 15
2.2. Tổng quan các nghiên cứu và phân tích máy phát điện 15
2.3. Kết luận 18
2.4. Tài liệu tham khảo 18
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ 20
3.1.Giới thiệu 21
3.2. Sự hình thành gió trong tự nhiên 21
3.3. Năng lượng gió 21
3.4. Sự phân bố vận tốc gió 22
3.5. Sự chuyển đổi nãng lượng gió và hiệu suất rotor
3.6. Ðường cong công suất tuabin gió 26
3.7. Các mô hình sản xuất điện từ năng lượng gió 27
3.7.1. Mô hình hệ thống điện gió không lưu trữ và không nối lưới 27
3.7.2. Mô hình hệ thống điện gió không lưu trữ và nối lưới 28
vii
3.7.3. Mô hình hệ thống điện gió có lưu trữ và nối lưới 29
3.7.4. Mô hình hệ thống điện gió có lưu trữ, máy phát dự phòng và không
nối lưới 30
3.8. Tuabin gió 31
3.8.1. Cấu tạo của tuabin gió 31
3.8.2. Các loại tuabin gió 33
3.8.3. Trụ tháp 34
3.8.4. Máy phát điện 36
3.8.5. Bộ chỉnh lưu và nghịch lưu 37
3.8.5.1. Bộ chỉnh lưu 37
3.8.5.2 Bộ nghịch lưu 38
3.8.6. Điều chỉnh tốc độ tuabin gió 39
3.8.6.1. Điều chỉnh giảm tố 39
3.8.6.2. Điều chỉnh theo độ nghiêng cánh tuabin 40
3.8.7. Các loại hệ thống máy phát điện tuabin gió 41
3.8.7.1. Hệ thống máy phát tuabin gió tốc độ cố định 41
3.8.7.2. Hệ thống máy phát tuabin gió tốc độ thay đổi 41
3.9. Hòa đồng bộ máy phát điện tuabin gió vào lưới điện 43
3.9.1. Bộ khởi động mềm sử dụng thyristor 43
3.9.2. Bộ khởi động sử dụng tụ điện 43
3.10. Kết luận 43
3.11. Tài liệu tham khảo 44
CHƯƠNG 4:NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ 46
4.1. Giới thiệu 47
4.2. Tuabin gió tốc độ cố định với máy phát điện không đồng bộ 48
4.3. Tuabin gió tốc độ thay đổi với máy phát điện không đồng bộ rotor lồng sóc
………………………………………………………………………………….49
4.3.1. Giới thiệu 49
4.3.2. Cấu tạo máy phát điện không đồng bộ rotor lồng sóc 50
viii
4.3.2.1. Phần stator 51
4.3.2.2. Phần rotor 53
4.3.3. Mô tả toán học của máy phát điện không đồng bộ 55
4.4. Tuabin gió tốc độ thay đổi với máy phát điện không đồng bộ nguồn kép 59
4.4.1. Giới thiệu 59
4.4.2. Mô hình toán học máy phát điện không đồng bộ nguồn kép 62
4.5. Tuabin gió tốc độ thay đổi với máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu
bên trong 64
4.5.1. Giới thiệu 64
4.5.2. Mô hình toán học máy phát điện không đồng bộ nam châm vĩnh cửu
bên trong 64
4.6. Nhận xét và đánh giá 66
4.7. Kết luận 68
4.8. Tài liệu tham khảo 68
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 69
5.1 Giới thiệu 70
5.2. Mô phỏng hệ thống phát điện gió với máy phát điện không đồng bộ 70
5.3. Mô phỏng hệ thống phát điện gió với máy phát điện đồng bộ nam châm
vĩnh cửu 75
5.4. Mô phỏng hệ thống phát điện gió với máy phát điện không đồng bộ nguồn
kép …………………………………………………………………………… 77
5.5. Kết quả mô phỏng…………………………………………………………82
5.5.1. Trường hợp sử dụng máy phát điện không đồng bộ…………… 82
5.5.2. Trường hợp sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu 84
5.5.3. Trường hợp sử dụng máy phát điện không đồng bộ nguồn kép….86
5.6. Kết luận 88
5.7. Tài liệu tham khảo 88
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TƯƠNG LAI 89
6.1. Kết luận 90
ix
6.2. Hướng phát triển tương lai 90
x
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
IG: Induction generator-
Máy phát điện không đồng bộ.
DFIG : Doubly fed induction generator –
Máy phát điện không đồng bộ nguồn kép
IPMSG : Interior permanent magnet synchronous generator
Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cữu bên trong
SPMSG: Surface permanent magnet synchronous generator
Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu bên ngoài
xi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Tiềm năng gió của các nước Đông Nam Á (độ cao 65m) 6
Bảng 1.2. Bảng cấp gió Beaufor 7
Bảng 1.3. Tiềm năng gió Việt nam 8
xii
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Công suất lắp đặt trên thế giới 2001 – 2010 4
Hình 1.2. Khu vực Ninh Thuận – Bình Thuận, Tây Nguyên được đánh giá là có tiềm
năng 9
Hình 1.3. Tiềm năng gió biển của Việt Nam 10
Hình 1.4. Lắp đặt và khai thác điện gió trên đảo Trường Sa 11
Hình 1.5. Hệ thống điện gió 12
Hình 3.1. Đường cong hiệu suất rotor theo lý thuyết 24
Hình 3.2. Công suất đầu ra phụ thuộc vào vận tốc gió và tốc độ tuabin 25
Hình 3.3. Đường cong hiệu suất rotor Cp 25
Hình 3.4. Góc pitch của cánh quạt tuabin 26
Hình 3.5. Đường cong công suất của tuabin gió 27
Hình 3.6. Hệ thống điện gió không lưu trữ và không nối lưới 28
Hình 3.7. Hệ thống điện gió không có lưu trữ và nối lưới 29
Hình 3.8. Hệ thống điện gió có lưu trữ và nối lưới 29
Hình 3.9. Hệ thống điện gió có lưu trữ, có máy phát dự phòng và không nối lưới 32
Hình 3.10. Các thành phần chính của tuabin gió 32
Hình 3.11. Hướng nhìn thẳng của tuabin gió 33
Hình 3.12. Hướng nhìn nghiên của tuabin gió 33
Hình 3.13. Các dạng tuabin gió trục đứng 34
Hình 3.14. Các dạng tuabin gió trục ngang 34
Hình 3.15. Các loại trụ tháp 35
Hình 3.16. Bộ chỉnh lưu sử dụng điốt 37
Hình 3.17. Bộ chỉnh lưu cưỡng bức 38
Hình 3.18. Bộ nghịch lưu chuyển mạch tự nhiên 38
xiii
Hình 3.19. Bộ nghịch lưu chuyển mạch cưởng bức 39
Hình 3.20. Hệ thống máy phát điện tuabin gió sử dụng chế độ điều chỉnh giảm tốc
41
Hình 3.21. Hệ thống máy phát điện tuabin gió sử dụng chế độ điều chỉnh theo độ
nghiêng cánh tuabin……………………………………………………………… 42
Hình 3.22. Hệ thống máy phát tuabin gió tốc độ cố định 42
Hình 3.23. Hệ thống sử dụng máy phát điện không đồng bộ rotor dây quấn 43
Hình 3.24. Hệ thống sử dụng con chạy điều chỉnh điện trở rotor 43
Hình 3.25. Hệ thống điều chỉnh tốc độ với biên độ điều chỉnh rộng 43
Hình 4.1a. Mặt cắt các máy điện 47
Hình 4.1b Hệ thống tuabin gió tốc độ cố định với máy phát điện không đồng bộ
rotor lồng sóc được kết nối với lưới điện 48
Hình 4.2. Máy phát điện không đồng bộ 1,5 kW 49
Hình 4.3. Kết cấu máy phát điện không đồng bộ 50
Hình 4.4. Cấu tạo máy phát điện không đồng bộ rotor lồng sốc 50
Hình 4.5. Vỏ máy 51
Hình 4.6. Cấu tạo lõi thép stator 51
Hình 4.7. Dây quấn stator 53
Hình 4.8. Sơ đồ khai triển dây quấn stator 53
Hình 4.9. Lõi thép rotor 53
Hình 4.10. Cấu tạo máy phát điện không đồng bộ kiểu rotor dây quấn 54
Hình 4.11. Thanh dẫn của rotor lồng sóc 54
Hình 4.12. Đặc tuyến moment quay của máy phát điện không đồng bộ 56
Hình 4.13. Sơ đồ mạch tương đương trục d và q của máy phát điện không đồng bộ57
Hình 4.14 Hệ thống tuabin gió tốc độ thay đổi với máy phát điện không đồng bộ
nguồn kép 60
Hình 4.15 Các chế độ vận hành máy phát điện không đồng bộ nguồn kép 62
Hình 4.16. Sơ đồ tương đương của máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu bên
trong 65
xiv
Hình 5.1. Sơ đồ hệ thống điện với máy phát điện không đồng bộ 70
Hình 5.2. Sơ đồ mô phỏng cho một hệ thống điện gió với máy phát điện không đồng
bộ 70
hình 5.3 khối tuabin gió được mô tả như sau 71
Hình 5.4. Hộp thoại khai báo thông số cho tuabin gió 71
Hình 5.5. Các đặc tính công suất của tuabin gió …….72
Hình 5.6. Hộp thoại khai báo thiết lập vận tốc cho tuabin gió…………………… 72
Hình 5.7. Hộp thoại khai báo thông số cho máy phát điện không đồng bộ……… 73
Hình 5.8. Hộp thoại khai báo thông số cho đường dây…………………… 74
Hình 5.9. Hộp thoại khai báo thông số cho máy biến áp 74
Hình 5.10. Sơ đồ hệ thống điện với máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu 75
Hình 5.11. Sơ đồ mô phỏng cho một hệ thống điện gió với máy phát điện đồng bộ
nam châm vĩnh cửu 76
Hình 5.12. Hộp thoại khai báo thông số cho máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh
cửu 76
Hình 5.13. Sơ đồ hệ thống điện với máy phát điện không đồng bộ nguồn kép 78
Hình 5.14. Sơ đồ mô phỏng cho một hệ thống điện gió với máy phát điện không
đồng bộ nguồn kép 78
Hình 5.15. Hộp thoại khai báo các thông số cho tuabin gió 78
Hình 5.16. Đặc tính công suất của tuabin gió 78
Hình 5.17. Hộp thoại khai báo các thông số cho máy phát điện không đồng bộ
nguồn kép 79
Hình 5.18. Hộp thoại khai báo các thông số cho máy biến áp 575V/22kV, 2 MVA
79
Hình 5.19. Hộp thoại khai báo thông số cho đường dây truyền tải 10 km 80
Hình 5.20. Hộp thoại khai báo thông số cho đường dây truyền tải 20 km 80
xv
Hình 5.21. Hộp thoại khai báo các thông số cho máy biến áp 110kV/22kV, 46MVA
81
Hình 5.22. Hộp thoại khai báo thông số cho nguồn hệ thống điện 81
Hình 5.23. Vận tốc gió mô phỏng cho trường hợp 1 83
Hình 5.24. Điện áp dây, Vab(đvtđ) sau khi qua các bộ chỉnh lưu và nghịch lưu của
hệ thống điện gió 83
Hình 5.25. Điện áp dây, Vab(V) sau khi qua các bộ chỉnh lưu và nghịch lưu của hệ
thống điện gió khi được phóng đại 84
Hình 5.26. Điện áp và cường độ dòng điện pha A, [Va (đvtđ), Ia (đvtđ)] tại thanh cái
B1 và sau máy biến áp 84
Hình 5.27. Điện áp và cường độ dòng điện pha A, [Va (đvtđ), Ia (đvtđ)] tại thanh cái
B1 và sau máy biến áp khi được phóng đại 84
Hình 5.28. Công suất tác dụng, P (kW) và công suất phản kháng, Q (kVAr) phát ra
của hệ thống điện gió với máy phát điện không đồng bộ 85
Hình 5.29. Điện áp dây, Vab(đvtđ) sau khi qua các bộ chỉnh lưu và nghịch lưu của
hệ thống điện gió 85
Hình 5.30. Điện áp dây, Vab(V) sau khi qua các bộ chỉnh lưu và nghịch lưu của hệ
thống điện gió khi được phóng đại 85
Hình 5.31. Điện áp và cường độ dòng điện pha A, [Va (đvtđ), Ia (đvtđ)] tại thanh cái
B1 và sau máy biến áp
86
Hình 5.32. Điện áp và cường độ dòng điện pha A, [Va (đvtđ), Ia (đvtđ)] tại thanh cái
B1 và sau máy biến áp khi được phóng đại…………………………………. 86
Hình 5.33. Công suất tác dụng, P (kW) và công suất phản kháng, Q (kVAr) phát ra
của hệ thống điện gió với máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu 86
Hình 5.34. Các đặc tuyến của mô phỏng hệ thống điện gió máy phát điện nguồn kép
khi được kết nối lưới điện 87
Hình 5.35. Các đặc tuyến của hệ thống tuabin gió với máy phát điện không đồng bộ
nguồn kép 88
Chương 1
GIỚI THIỆU
1.1. Giới thiệu
Năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng là một trong những yếu tố
cần thiết phục vụ cho cuộc sống sinh hoạt và sản xuất của nhân loại. Điều này cũng có
nghĩa rằng khi mức sống của con người và nhu cầu sản xuất được tăng cao thì nhu cầu
về năng lượng điện cũng tăng theo để đáp ứng. Đây chính là thách lớn đối với hầu hết
các quốc gia, trong đó có 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. Chiến lược công nghiệp hóa 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 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.
Nếu tốc độ phát triển nhu cầu về điện tiếp tục duy trì ở mức rất cao 14-
15%/năm như mấy năm trở lại đây thì đến năm 2010 cầu về điện sẽ đạt mức 90.000
GWh, gấp đôi mức cầu của năm 2005. Theo dự báo của Tập đoàn 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 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 Tập đoàn 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 trì trệ và đời sống của người dân
sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
Không phải đến những năm 2015 hay 2020, ngay thời điểm hiện tại chúng ta
cũng đã đối mặt với tình trạng thiếu điện. Năm 2005, lần đầu tiên sau nhiều năm trở lại
đây, người dân ở hai trung tâm chính trị và kinh tế của đất nước chịu cảnh cắt điện
luôn phiên gây nhiều khó khăn cho sinh hoạt và ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống kinh
tế.
Ngoài ra, Việt Nam hiện vẫn còn khoảng 4,5 triệu dân, đặc biệt các hộ vùng sâu,
vùng xa và hải đảo . . . vẫn chưa có điện. Theo quy hoạch phát triển mạng lưới điện thì
dự kiến đến năm 2020, vẫn còn trên 1000 xã (trong tổng số hơn 9000 xã) đại diện cho
500000 hộ dân với dân số khoảng 3 triệu người vẫn chưa có lưới điện quốc gia.
Đồng bào dân tộc thiểu số ở Tây Nguyên, những nơi chưa có điện lưới quốc gia,
bài toán bơm nước tưới cây hay phục vụ nhu cầu cuộc sống của bà con là một bài toán
khó.
Những đồn biên phòng xa xôi trên những mõm núi chót vót của vùng Tây bắc
tổ quốc, những chiến sĩ ngoài đảo xa, nhà dàn, những ghe tàu đánh cá ngoài biển
khơi . . . cũng cần có điện để phục vụ tốt cho sinh hoạt và cho công tác an ninh quốc
phòng.
Thêm vào đó, theo dự báo của một số nhà khoa học, trữ lượng than và dầu khí
mà đang được con người sử dụng sẽ cạn kiệt trong 30 năm tới. Chính vì lý do này, hầu
hết các quốc gia trên thế giới đang nổ lực nghiên cứu, khai thác và phát triển các
nguồn năng lượng tái tạo nhằm mục đích thay thế phần nào nguồn năng hóa thạch
đang được khai thác và có xu hướng cạn dần. Trong số các nguồn năng lượng tái tạo,
năng lượng gió là một trong các dạng năng lượng đang được các quốc gia tập trung
khai thác. Tổ chức năng lượng gió Châu Âu (European Wind Energy Association -
EWEA) đã khởi xướng cho mục tiêu ưu tiên phát triển điện gió trong giai đoạn đầu thế
kỷ 21. Việt Nam cũng đang dần dần định hướng chiến lược cho việc phát triển và khai
thác nguồn năng lượng này. Vì thế, việc nghiên cứu, mô hình và phân tích cho hệ
thống khai thác nguồn năng lượng này là thật sự có nghĩa và cần thiết.
Có thể nhận thấy rằng, tỷ suất tăng trưởng của toàn thế giới về các dạng năng
lượng điện từ những năm 1990 – 2000 như sau:
Năng lượng gió: 32%;
Năng lượng mặt trời: 20,1%;
Khí thiên nhiên: 1,6%;
Dầu mỏ: 1,2%;
Năng lượng nguyên tử: 0,6%;
Than đá: 1%.
Như vậy, tỷ suất tăng trưởng của năng lượng mới cao hơn nhiều so với năng
lượng truyền thống. Trong đó, điện gió có tốc độ tăng trưởng cao nhất.
Theo các thống kê của Hội đồng năng lượng gió toàn cầu (Global Wind Energy
Council – GWEC), Hình 1.1 thì Châu Âu là châu lục chiếm tỷ lệ khai thác năng lượng
gió hàng đầu của thế giới, năm 2010, tổng công suất lắp đặt khoảng 82 GW, chiếm
55% của toàn thế giới.
Bắc Mỹ là khu vực lớn thứ hai về tổng công suất lắp đặt 31,6 GW vào năm
2010. Trong đó: Mỹ là thị trường quan trọng nhất trong khu vực này với công suất lắp
đặt dự đoán trung bình 3,5 GW/năm.
Châu Á đã vượt quá mọi dự đoán trước đây do sự tăng trưởng mạnh mẽ ngoài
dự kiến của Trung Quốc và châu lục này có tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm
cao nhất (28,3%) trong suốt giai đoạn này. Năm 2010, tổng công suất đạt 29 GW so
với 10,7 GW vào năm 2006.
Năm 2010, khu vực Châu Mỹ La Tinh và vùng Caribê có 296 MW công suất
lắp đặt mới, bắt đầu từ Braxin sau đó là Mêhico. Những dự án phát triển nhỏ hơn cũng
sẽ được thực hiện ở một số nước Trung Mỹ.
Khu vực Thái Bình Dương với sự phát triển của năng lượng điện gió ở Ôxtraylia với 1
GW được lắp đặt trong giai đoạn 2007-2010.
Hình 1.1. Công suất lắp đặt trên thế giới 2001 – 2010
Theo báo cáo năng lượng gió toàn cầu năm 2010 dự báo rằng năng lượng gió sẽ
chiếm 12% nguồn cung cấp điện năng toàn cầu vào đầu năm 2020. Khi đó, năng lực
sản xuất dự kiến sẽ đạt 1000 GW công suất. Nghĩa là, hàng năm lượng giảm phát thải
đạt 1,5 tỷ tấn CO
2
, tương đương với 50-75% lượng phát thải mà các quốc gia công
nghiệp đã cam kết thực hiện theo thỏa thuận Copenhagen. Năm 2030, điện gió sẽ
chiếm đến 22% nguồn cung cấp năng lượng toàn cầu. Trong trường hợp này, lượng
giảm phát thải lên tới 34 tỷ tấn CO
2
hàng năm. Theo Tổng thư ký Steve Sawyer
(GWEC), năng lượng gió có thể đóng góp đáng kể vào việc sản xuất điện trên toàn thế
giới và giúp giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính trong lĩnh vực năng lượng.
Tuy nhiên, cần phải có những cam kết để biến chúng thành hiện thực. Công nghệ năng
lượng gió cung cấp cho chính phủ giải pháp thay thế khả dĩ để giải quyết những thách
thức của thời đại chúng ta và góp phần vào cuộc cách mạng trong việc đáp ứng nhu
cầu năng lượng.
Báo cáo cũng chỉ ra rằng ngành công nghiệp năng lượng điện gió có thể tạo ra
hơn 3 triệu việc làm trước năm 2030 (ước tính hiện nay vào khoảng 600.000 việc làm).
Hiện nay, phần lớn sự tăng trưởng của năng lượng điện gió được thực hiện bên ngoài
các quốc gia công nghiệp, nghĩa là có sự góp phần của các quốc gia đang phát triển.
Theo dự kiến đến năm 2030, khoảng một nửa số tuabin gió của thế giới sẽ được lắp đặt
tại các quốc gia đang phát triển và các nền kinh tế mới, tiềm năng.
Việt Nam nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với trên 3000 km bờ biển.
Đây là một thuận lợi cơ bản để phát triển điện gió. 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 theo mùa. Các khu vực có thể phát triển điện gió trải đều trên toàn bộ lãnh thổ
với các ảnh hưởng của các chế độ gió khác nhau.
Theo ngân hàng thế giới thì Việt Nam có tiềm năng năng lượng gió rất nhiều so
với các nước lân cận, Bảng 1.1.
Bảng 1.1. Tiềm năng gió của các nước Đông Nam Á (độ cao 65m)
Quốc gia
Các thông
số
khảo sát
Yếu
Trung
bình
Tốt
Rất
tốt
Lý
tưởng
Tổng
< 6m/s 6-7m/s 7-8m/s 8-
9m/s
>9m/s
-
Campuchia
Diện tích,
km
2
175.468
6.155 315 30 0
Diện tích, %
96,4 3,4 0,2 0 0
Tiềm năng
(MW)
NA 24.620 1.260 120 0
26.000
Lào
Diện tích,
km
2
184.511
38.787 6.070 671 35
Diện tích, %
80,2 16,9 2,6 0,3 0
Tiềm năng
(MW)
NA 155.148
24.280 2.684 140
182.252
Thái Lan
Diện tích,
km
2
477.157
37.337 748 13 0
Diện tích, %
92,6 7,2 0,2 0 0
Tiềm năng
(MW)
NA 149.348
2.992 52 0
152.392
Việt Nam
Diện tích,
km
2
197.342
100.361
25.679 2.178 113
Diện tích, %
60,6 30,8 7,9 0,7 0
Tiềm năng
(MW)
NA 401.444
102.716
8.748 452
513.360
Một trong các thông số đặc trưng của gió là tốc độ gió (m/s hoặc km/h).
Hiện nay, căn cứ vào tốc độ gió người ta chia các cấp và bảng cấp gió được sử
dụng phổ biến trên thế giới là bảng cấp gió Beaufor với 17 cấp, Bảng 1.2.
Bảng 1.2. Bảng cấp gió Beaufor
Cấp gió
Tốc độ gió Áp suất gió trung
bình (kg/m
2
)
Đặc điểm
của gió
m/s km/h
0 0,0 - 0,2 0,0 - 1,0 0 Lặng gió
1 0,3 - 1,5 1 - 5 0,2 Gió êm
2 1,6 - 3,3 6 - 11 0,9 Gió nhẹ
3 3,4 - 5,4 12- 19 2,2 Gió yếu
4 5,5 - 7,9 20-28 4,5 Gió vừa
5 8,0-10,7 29-38 7,8 Gió mát
6 10,8-13,8 39-49 12,5 Gió hơi mạnh
7 13,9-17,1 50-61 18,8 Gió mạnh
8 17,2-20,7 62-74 27,0 Gió rất mạnh
9 20,8-24,4 75-88 37,5 Gió bão
10 24,5-28,4 89-102 51,1 Bão
11 28,5-32,6 113-117 69,4 Bão mạnh
12 32,7-36,9 118-133 89,0 Bão rất mạnh
13 37,0-41,4 134-149 109,2
14 41,5-46,1 150-166 135,8
15 46,2-50,9 167-183 164,3
16 56,1-61,2 202-220 245,6
Trong thiên nhiên, gió thường xuyên thay đổi tốc độ. Vì vậy, để đánh giá được
tiềm năng từng vùng, người ta sử dụng các thông số gió trung bình năm, V
tb
, tốc độ
gió cực đại, V
max
và tần suất xuất hiện các tốc độ gió gọi tắt là tần suất tốc độ gió.
Việt Nam nằm ở khu vực gần xích đạo trong khoảng 8
o
đến 23
o
vĩ Bắc thuộc
khu vực nhiệt đới gió mùa.
Gió ở Việt nam có hai mùa rõ rệt: gió Đông Bắc và gió Đông Nam với tốc độ
gió trung bình ở vùng ven biển từ 4,5 - 6 m/s (ở độ cao 10 - 12m). Tại các đảo xa, tốc
độ gió từ 6 - 8m/s. Như vậy, tuy không cao bằng tốc độ gió ở các nước Bắc Âu ở vĩ độ
cao nhưng cũng đủ lớn để khai thác nguồn năng lượng gió một cách có hiệu quả.
Tại các vùng đồng bằng, tốc độ gió nhỏ hơn 3 - 4 m/s. Do đó, việc khai thác
năng lượng gió chắc chắn sẽ không hiệu quả.
Ở các vùng núi tốc độ gió còn thấp hơn trừ một vài vùng núi cao và những nơi
có địa thế đặc biệt tạo ra những hành lang hút gió.
Một đặc điểm nữa của gió Việt nam là hàng năm có nhiều cơn bão mạnh kèm
theo gió giật đổ bộ vào miền Bắc và miền Trung. Tốc độ gió cực đại đo được trong các
cơn bão tại Việt nam đạt tới 45 m/s (bão cấp 14). Vì vậy, khi nghiên cứu khai thác
năng lượng gió ở Việt nam phải chú ý các yếu tố bão và lốc.
Tiềm năng gió của Việt nam có thể đánh giá thông qua các số liệu về gió của
Cục Khí tượng Thủy văn như Bảng 1.3.
Bảng 1.3. Tiềm năng gió Việt nam
Địa phương Tốc độ trung
bình V
tb
(m/s)
Mật độ công
suất gió
(W/m
2
)
Mật độ năng
lượng năm
(E = kWh/m
2
)
Lai Châu 2,0 22,5 131,8
Pha Đin 3,2 - 751,1
Thái Nguyên 2,3 - 154,3
Lạng Sơn 2,7 - 379,2
Đảo Cô Tô 4,4 - 1317,9
Bãi Cháy 3,3 64,0 562
Hà Nội 2,5 24,2 212,4
Bạch Long Vĩ 7,3 119,0 4487,0
Nam Định 3,6 72,0 631,0
Văn Lý 4,3 72,0 933,5
Thanh Hóa 2,6 29,5 259,0
Đồng Hới 3,9 108,6 952,0
Quy Nhơn 4,1 106,6 935,0
Cam Ranh 4,2 124,3 1065,7
Đảo Phú Quý 6,8 108,0 3554,2
Plây Ku 3,1 69,6 610,0
Đà Lạt 3,0 66,2 580,0
Tây Ninh 2,4 - 179,3
Tân Sơn Nhất 3,2 56,1 492,0
Vũng Tàu 3,9 101,1 886,0
Sóc Trăng 2,7 49,2 431,0
Phú Quốc 3,7 97,5 855,0
Rạch Giá 3,2 47,7 476,0
Bạc Liêu 2,8 - 383,5
Trường Sa 6,3 307,1 2692,0
Mặt khác, theo số liệu của Ngân hàng thế giới, tiềm năng gió của một số nước
vùng Đông Nam Á ở độ cao trên 65m rất khả quan. Trong đó, Việt Nam có tiềm năng
lớn hơn so với các nước lân cận như Campuchia, Lào và Thái Lan, Hình 1.2.
Theo số liệu này, tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước tính đạt 513.360
MW, lớn hơn 200 lần công suất Nhà máy Thủy điện Sơn La và hơn 10 lần tổng công
suất dự báo của ngành điện vào năm 2020.
Hình 1.2. Khu vực Ninh Thuận – Bình Thuận, Tây Nguyên được đánh giá là có tiềm
năng
Hình 1.3. Tiềm năng gió biển của Việt Nam
Đối với vùng biển đảo thì tiềm năng năng lương gió vô cùng to lớn, Hình 1.3.
Tuy nhiên, đây mới chỉ là tiềm năng lý thuyết. Tiềm năng có thể khai thác được và
tiềm năng kinh tế kỹ thuật sẽ nhỏ hơn nhiều. Đây sẽ là một nguồn năng lượng tiềm
năng đáng kể có thể khai thác bổ sung cho nguồn điện quốc gia, thay thế cho các
nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt.
Ở phía Bắc đèo Hải Vân thì mùa gió mạnh chủ yếu trùng với mùa gió đông bắc.
Trong đó: các khu vực giàu tiềm năng nhất là Quảng Ninh, Quảng Bình và Quảng Trị.
Ở phía Nam đèo Hải Vân thì mùa gió mạnh trùng với mùa gió tây nam và các
vùng tiềm năng nhất thuộc cao nguyên Tây Nguyên, các tỉnh đồng bằng sông Cửu
Long và đặc biệt là khu vực hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận.
Theo nghiên cứu của Ngân hàng Thế giới, trên lãnh thổ Việt Nam hai vùng giàu
tiềm năng nhất để phát triển điện gió là Sơn Hải (Ninh Thuận) và vùng đồi cát ở độ
