đánh giá một số mô hình turbine gió khi kết nối lưới điện bằng phương pháp mô phỏng động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNN

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
-----

-----

PHAN THỊ NGUYỆT NGA

ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ MÔ HÌNH TURBINE GIÓ KHI KẾT NỐI
LƯỚI ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNN

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
-----

-----

PHAN THỊ NGUYỆT NGA

ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ MÔ HÌNH TURBINE GIÓ KHI KẾT NỐI

LƯỚI ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số : 60.52.02.02

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN ĐĂNG TOẢN

HÀ NỘI, 2014


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung
thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được
cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày 4 tháng 9 năm 2014
Tác giả luận văn

Phan Thị nguyệt Nga

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page i


LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của
các tập thể và cá nhân.Tôi xin chân thành cảm ơn tổ chức và cá nhân đó.
Lời đầu tiên tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS.Nguyễn Đăng
Toản, người đã gợi mở cho tôi phương pháp nghiên cứu, người đã hướng dẫn và
giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo ở bộ môn Hệ thống điện, khoa Cơ - Điện và
Viện đào tạo sau đại học Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ và tạo điều
kiện để tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Tôi xin cảm ơn các bạn bè đã giúp đỡ tôi thu thập thông tin, số liệu phục vụ
cho nghiên cứu và xin cảm ơn bạn bè, người thân đã giúp tôi trong lĩnh vực công
nghệ thông tin, giúp tôi có thể sử dụng thành công phần mềm PSS/E.
Lời cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình tôi, những người luôn bên
cạnh tôi, chăm sóc, chia sẻ, động viên tôi, những lúc khó khăn, giúp tôi có thể hoàn
thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 4 tháng 9 năm 2014
Tác giả luận văn

Phan Thị nguyệt Nga

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ I
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. II
MỤC LỤC .................................................................................................................... III

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................................... VI
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG ................................................................... VII
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ..................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1
- GIỚI THIỆU CHUNG ....................................................................... 3
1.1 KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ ............................................................ 3
1.2

QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA NĂNG LƯỢNG GIÓ ................................ 3
1.2.1 Sự phát triển của công suất tương ứng với đường kính rotor........................ 5
1.2.2 Sự phát triển hiệu suất của thiết bị WEA ..................................................... 6
1.2.3 Lợi ích kinh tế của việc sử dụng năng lượng gió ......................................... 6

1.3

NHỮNG YẾU TỐ THÚC ĐẨY PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ ............ 7
1.3.1 Nhu cầu tiêu dùng năng lượng tăng nhanh................................................... 7
1.3.2 Sự cạn kiệt của nguồn năng lượng hóa thạch ............................................... 7
1.3.3 Vấn nạn về ô nhiễm môi trường trên toàn thế giới ....................................... 8
1.3.4 Năng lượng hạt nhân, không phát thải CO2, nhưng “lợi bất cập hại”............ 9
1.3.5 Nâng cao hiệu quả kinh tế ......................................................................... 10

1.4

HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐIỆN GIÓ TRÊN THẾ GIỚI ............................. 10
1.4.1 Khu vực Châu Âu ..................................................................................... 12
1.4.2 Khu vực Bắc Mỹ ....................................................................................... 12
1.4.3 Khu vực Mỹ LaTinh ................................................................................. 12
1.4.4 Khu vực Châu Úc ..................................................................................... 12
1.4.5 Khu vực Châu Phi ..................................................................................... 13

1.4.6 Khu vực Châu Á ....................................................................................... 13

1.5

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN GIÓ ĐẾN MÔI TRƯỜNG ................................. 13
1.5.1 Ảnh hưởng của tiếng ồn. ........................................................................... 14
1.5.2 Ảnh hưởng đến cảnh quan và địa hình....................................................... 14
1.5.3 Ảnh hưởng đến sinh thái biển.................................................................... 14
1.5.4 Ảnh hưởng đến các loài chim và động vật ................................................. 14
1.5.5 Ảnh hưởng đến sóng vô tuyến. .................................................................. 15
1.5.6 Ảnh hưởng đến đường hàng không ........................................................... 15
1.5.7 Ảnh hưởng đến sức khỏe con người. ......................................................... 15

1.6

SỰ KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG GIÓ Ở VIỆT NAM ................................. 15
1.6.1 Chế độ gió ở Việt Nam ............................................................................. 15
1.6.2 Các nghiên cứu và ứng dụng năng lượng gió ở Việt Nam .......................... 17

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page iii


1.6.3 Thị trường điện gió Việt Nam. .................................................................. 18
1.7

KẾT LUẬN ...................................................................................................... 20

CHƯƠNG 2

- NHÀ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ ......................................................... 21
2.1 XÂY DỰNG NHÀ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ ................................................... 21
2.1.1 Khảo sát lưu lượng gió .............................................................................. 21
2.1.2 Lựa chọn địa điểm .................................................................................... 21
2.2

KẾT CẤU CƠ BẢN CỦA NHÀ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ ............................. 22
2.2.1 Cánh quạt.................................................................................................. 23
2.2.2
2.2.3
2.2.4
2.2.5
2.2.6
2.2.7

Hệ thống rotor........................................................................................... 24
Hệ thống quay, trục và bộ phận phanh hãm ............................................... 25
Hộp số ...................................................................................................... 26
Máy phát điện ........................................................................................... 28
Máy biến thế ............................................................................................. 30
Trụ và chân đế .......................................................................................... 30

2.2.8 Thùng Nacelle........................................................................................... 31
2.2.9 Các thành phần khác ................................................................................. 31
2.3
2.4

ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG GIÓ ............... 32
MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG GIÓ ..................... 33
2.4.1 Hệ thống cơ .............................................................................................. 34

2.4.2 Hệ thống khí động học .............................................................................. 35
2.4.3 Hệ thống điện ........................................................................................... 37
2.4.4 Hệ thống Pitch servos ............................................................................... 39

2.5
2.6

TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG TỪ GIÓ ............................................................ 40
CÁC LOẠI TURBINE GIÓ ............................................................................ 41
2.6.1 Các kiểu turbine gió trục đứng .................................................................. 41
2.6.2 Các kiểu turbine gió trục ngang ................................................................. 44
2.6.3 So sánh turbine trục đứng và trục ngang .................................................... 44

2.7 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 46
CHƯƠNG 3
- MÔ HÌNH TURBINE GIÓ VÀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG .......... 47
3.1 KẾT NỐI NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ VÀO LƯỚI ĐIỆN .................................... 47
3.1.1 Turbine gió tốc độ cố định (SCIG) ............................................................ 47
3.1.2 Turbine gió tốc độ thay đổi với rotor cực ẩn (WRIG) ................................ 49
3.1.3 Turbine gió tốc độ thay đổi với máy phát điện cảm ứng kép (DFIG) ......... 49
3.1.4 Turbine gió có bộ biến đổi đầy đủ (FCWT) ............................................... 51
3.2

CÁC YÊU CẦU KẾT NỐI NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ VÀO LƯỚI ĐIỆN ........ 52
3.2.1 Công suất đặt cực đại của nhà máy phát điện gió....................................... 52
3.2.2 Cấp điện áp và tần số kết nối của nhà máy phát điện gió ........................... 54

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page iv

3.2.3 Kiểm soát công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp ............................. 55
3.2.4 Chất lượng điện năng ................................................................................ 56
3.3

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN – PSS/E ........ 59
3.3.1 Giới thiệu chung ....................................................................................... 59
3.3.2 Giới thiệu tổng quan về chương trình PSS/E ............................................. 59

3.4

CÁC MÔ HÌNH TURBINE TRONG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG ....... 60
3.4.1 Turbine gió tốc độ thay đổi với máy phát điện cảm ứng kép (DFIG) ......... 60
3.4.2 Turbine gió có bộ độ biến đổi đầy đủ (FCWT) .......................................... 65

3.5 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 68
CHƯƠNG 4
- MÔ PHỎNG ĐỘNG TURBINE GIÓ KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN ...... 69
4.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỆN KẾT NỐI TURBINE GIÓ ....................... 69
4.1.1 Tương đương hóa mô hình kết nối nhà máy điện gió ................................. 69
4.1.2 Sự khác biệt trong cách biến đổi mô hình tương đương hóa....................... 77
4.1.3 Mô hình nghiên cứu mô phỏng động ......................................................... 79
4.2

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .................................................................................. 83
4.2.1 Điện áp và tần số....................................................................................... 84
4.2.2 Công suất .................................................................................................. 86
4.2.3 Mô phỏng khác ......................................................................................... 88

4.3 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 92
CHƯƠNG 5
– KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................... 93
5.1 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 93
5.2 KIẾN NGHỊ ..................................................................................................... 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 95
PHỤ LỤC 1.................................................................................................................... 98
PHỤ LỤC 2.................................................................................................................. 110

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DFIG: Doubly-Fed Induction Generator, Máy phát điệncảm ứng kép.
EOCC: Equivalent of Complete Circuit, Tương đương hóa toàn mạch.
EOML: Equivalent of Major Lines, Tương đương hóa mạch chính.
FCWT: Full converter wind turbine, Turbine gió với bộ biến đổi đầy đủ.
FRT: Fault ride through, Khả năng vượt qua sự cố.
GWEO: Global Wind Energy Outlook. Năng lượng gió toàn cầu.
HAWT: Horizontally Axis Wind Tuabin, Turbine gió trục ngang.
ICAO: Internationa Civil Aviation Organizition, Tổ chức hàng không dân dụng
quốc tế.
IEA: The International Energy Agency, Viện năng lượng quốc tế.
LVRT: Low voltage ride through, Khả năng phục hồi khi điện áp thấp.
NABU: Nature and Biodiversity Conservation Union, Tổ chức bảo tồn sinh học,
thiên nhiên.
NMWEC: New Mexico Wind Energy Center, trung tâm năng lượng gióMexico.
NREL: National Renewable Energy Laboratory, Phòng thí nghiệmNăng lượng tái

tạoquốc gia.
OECD: Organisation for Economic Cooperation and Development, Tổ chức Hợp
tácvà phát triển kinh tế.
PCC: Point of common coupling, Vị trí kết nối chung.
PNM: Public Service Company of Mexico, Công ty dịch vụ công cộng của Mexico.
PSS/E: Power System Simulation /Engineering, Mô phỏng hệ thống điện/Kỹ thuật.
PWM: Pulse-Width Modulation, Điều chế độ rộng xung.
SCIG: Squirrel-Cage Induction Generator, Máy phát điện cảm ứng lồng sóc.
SODAR: Sound Detecting And Ranging, Phát hiện âm thanh và khoảng cách.
THD: Total Harmonic Distortion, Tổng độ méo sóng hài.
VAWT: Vertically Axis Wind Tuabin, Tua-bin gió trục đứng.
WEA: Wind Energy Association, Hiệp hội Năng lượng gió.
WECS: Wind Energy Conversion Systems, Hệ thống chuyển đổi năng lượng gió.
WRIG: Wound Rotor Induction Generator, Máy phát điện cảm ứng roto cực ẩn.
WWEA: World Wind Energy Association,Hiệp hội điện gió toàn cầu.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page vi


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG
Hình 1-1. Quá trình hình thành gió .......................................................................... 3
Hình 1-2. Turbine gió đầu tiên của Charles F.Brush, Cleveland, Ohio 1888 ............ 4
Hình 1-3. Turbine gió của Poul Lacour, Askov, Đan Mạch năm 1897 ..................... 4
Hình 1-4. Turbine gió trục đứng kiểu Savonius ....................................................... 4
Hình 1-5. Turbine gió trục đứng Darrieus kiểu “Eole C” tại Cap Chat, Quebec ....... 5
Hình 1-6. Kích thước và công suất turbine điện gió đã sản xuất tính đến năm 2012 . 6
Hình 1-7. Giá thành sản xuất điện đến năm 2025 ..................................................... 6
Hình 1-8. Lượng thải CO2 trên 1 kWh theo các dạng nguồn năng lượng .................. 9

Hình 1-9. Giá thành sản xuất điện năm 2012 khi tính tất cả những khoản chi phí phụ
.............................................................................................................................. 10
Hình 1-10. Tổng công suất lắp đặt từ 2010 - 2013 [MW]....................................... 11
Hình 1-11. Công suất điện gió trên thế giới từ năm 1997 và dự toán đến năm 2020
.............................................................................................................................. 11
Hình 1-12. Tổng công suất lắp đặt năm 2013 [MW] ............................................. 12
Hình 1-13. Bản đồ phân bố tốc độ gió Việt Nam ở độ cao 80m. ............................ 16
Hình 2-1. Cấu hình turbine điện gió sử dụng hộp số .............................................. 22
Hình 2-2. Sơ đồ turbine điện gió sử dụng hộp số ................................................... 22
Hình 2-3. Sơ đồ turbine điện gió không sử dụng hộp số......................................... 23
Hình 2-4. Cánh quạt .............................................................................................. 23
Hình 2-5. Rotor turbine điện gió ............................................................................ 24
Hình 2-6. Đùm và hệ thống nối cánh quạt - Rotor và máy phát điện vòng ............. 24
Hình 2-9. Trục quay .............................................................................................. 25
Hình 2-7.Vòng bi 4 điểm tiếp xúc loại 1 lớp .......................................................... 25
Hình 2-8. Vòng bi 4 điểm tiếp xúc loại 2 lớp ......................................................... 25
Hình 2-10. Khớp nối.............................................................................................. 26
Hình 2-11. Bộ phận phanh hãm ............................................................................. 26
Hình 2-12. Hộp số bánh răng xếp đặt vòng 3 cấp của turbine gió (công suất từ 2 3MW) .................................................................................................................... 27

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page vii


Hình 2-13. Nguyên tắc hộp số kết hợp 3 bộ bánh răng xếp đặt vòng và 1 bộ bánh
răng trụ .................................................................................................................. 27
Hình 2-14. Nguyên tắc máy phát điện dị bộ ........................................................... 28
Hình 2-15. Nguyên tắc máy phát điện dị bộ kép và lưới điện ................................. 28
Hình 2-16. Nguyên tắc máy phát điện đồng bộ ...................................................... 29

Hình 2-17. Rotor máy phát điện và phần lõi Stator - Turbine Avanti ..................... 29
Hình 2-18.Trụ của turbine điện gió ........................................................................ 30
Hình 2-19. Chân đế của turbine điện gió................................................................ 31
Hình 2-20. Thùng Nacelle của turbine điện gió Dewind ........................................ 31
Hình 2-21. Sơ đồ khối của hệ WECS tốc độ thay đổi góc cắt thay đổi ................... 33
Hình 2-22. Mô hình hệ thống cơ của turbine gió .................................................... 35
Hình 2-23. Đường cong mô tả sự thay đổi hệ số CQ và C P ................................... 36
Hình 2-24. Mô hình máy phát nối trực tiếp với lưới............................................... 37
Hình 2-25. Mô hình máy phát nối lưới thông qua bộ biến đổi điện tử công suất .... 38
Hình 2-26. Mô hình nối lưới của máy phát không đồng bộ nguồn kép ................... 38
Hình 2-27. Mô hình bộ điều chỉnh theo kiểu điều chỉnh góc cắt............................. 39
Hình 2-28. Cấu tạo turbine trục đứng và trục ngang............................................... 41
Hình 2-29. Nguyên tắc turbine điện gió Savonius .................................................. 42
Hình 2-30. VAWT kiểu Darrieus, rô to có dạng hình chữ C .................................. 43
Hình 2-31. Nguyên tắc turbine điện gió Darrieus ................................................... 43
Hình 2-32. VAWT - biến thể kiểu Darrieus .......................................................... 44
Hình 2-34. Turbine đón gió từ phía sau ................................................................. 44
Hình 2-34. Turbine đón gió từ phía trước .............................................................. 44
Hình 3-1. Turbine gió tốc độ cố định ..................................................................... 47
Hình 3-2. Đặc tính momen của máy điện SCIG ..................................................... 48
Hình 3-3. Turbine gió tốc độ thay đổi với rotor cực ẩn .......................................... 49
Hình 3-4. Turbine gió tốc độ thay đổi với máy phát điện cảm ứng ......................... 50
Hình 3-5. Turbine gió tốc độ biến đổi đầy đủ......................................................... 51
Hình 3-6. Khả năng phục hồi sau sự cố của một turbine gió .................................. 53
Hình 3-7. Điện áp – tần số làm việc của turbine gió ............................................... 55
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page viii

Hình 3-8. Đường cong giới hạn công suất phản kháng cho turbine gió .................. 56
Hình 3-9. Turbine gió có máy phát không đồng bộ nguồn kép ............................... 60
Hình 3-10. Sơ đồ khối bộ điều khiển của turbine gió DFIG ................................... 61
Hình 3-11. Các đầu vào và ra trong turbine gió...................................................... 61
Hình 3-12. Mô hình động turbine gió .................................................................... 62
Hình 3-13. Máy phát điện và điều chỉnh mô hình cánh quạt .................................. 62
Hình 3-14. Sơ đồ vector của điện áp và dòng điện trên hệ trục αβ và dq............... 63
Hình 3-15. Mô hình điều khiển điện ...................................................................... 64
Hình 3-16. Mô hình điều khiển điện áp.................................................................. 64
Hình 3-17. Mô hình tổng điều khiển điện của DFIG .............................................. 65
Hình 3-18. Turbine gió với bộ biến đổi công suất đầy đủ FCWT ........................... 65
Hình 3-19. Cấu trúc chung của mô hình turbine gió FCWT ................................... 66
Hình 3-20. Mô hình động máy phát điện turbine gió FCWT .................................. 66
Hình 3-21. Máy phát điện và mô hình chuyển đổi ................................................. 67
Hình 3-22. Mô hình điều khiển điện áp.................................................................. 67
Hình 4-1. Mô hình đơn giản của một nhà máy điện gió kết nối lưới điện ............... 70
Hình 4-2. Sơ đồ một sợi tương đương lưới điện NMWEC ..................................... 70
Hình 4-3. Sơ đồ hệ thống đường dây thu ............................................................... 71
Hình 4-4. Sơ đồ đường dây trung áp ...................................................................... 71
Hình 4-5. Tham số tổng trở Z1, Z2 và Z3 kết nối của nhóm 3 tuabin ...................... 73
Hình 4-6. Các biến tham số của nhóm 3 tuabin ...................................................... 74
Hình 4-7. Điện dung của đường dây của một nhà máy điện gió công suất lớn ....... 76
Hình 4-8: Mô hình hóa máy biến áp của nhà máy điện gió .................................... 76
Hình 4-9. Sơ đồ đại diện mạch điện hoàn chỉnh của NMWEC ............................... 78
Hình 4-10. Sơ đồ mạch điện chỉ gồm đường trục chính của NMWEC ................... 78
Hình 4-11. Sơ đồ nhà máy điện gió gồm 18 tuabin ................................................ 80
Hình 4-12. Sơ đồ tương đương hóa nhà máy điện gió ............................................ 80
Hình 4-13: Sơ đồ 18 tuabin gió trong phần mềm PSS/E......................................... 82
Hình 4-14: Sơ đồ tương đương hóa mô hình 18 tuabin gió .................................... 82
Hình 4-15. Thông số điện áp trong mô phỏng 1 (pu) ............................................. 84

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page ix


Hình 4-16. Thông số điện áp trong mô phỏng 2 (pu) ............................................. 84
Hình 4-17. Thông số điện áp turbine loại TW3 và TW4 (pu) ................................. 85
Hình 4-18. Độ lệch tần số trong mô phỏng 1 (pu) .................................................. 85
Hình 4-19. Độ lệch tần số trong mô phỏng 2 (pu) .................................................. 85
Hình 4-20. Độ lệch tần số trong turbine loại TW3 và TW4 (pu) ............................ 86
Hình 4-21. Công suất điện của turbine loại TW3 và TW4 (pu) .............................. 86
Hình 4-22. Công suất của turbine trước và sau khi sự cố trong mô phỏng 1 (pu) ... 87
Hình 4-23. Công suất của turbine trước và sau khi sự cố trong mô phỏng 2 (pu) ... 87
Hình 4-24. Công suất phản kháng phát lên lưới khi sự cố của TW3 và TW4 (pu) .. 88
Hình 4-25. Thông số điện áp turbine loại TW3 (pu) .............................................. 88
Hình 4-26. Thông số điện áp turbine loại TW4 (pu) ............................................. 89
Hình 4-27. Độ lệch tần số của turbine loại WT3 (pu) ............................................. 89
Hình 4-28. Độ lệch tần số của turbine loại WT4 (pu) ............................................. 90
Hình 4-29. Công suất điện của turbine loại TW3 (pu) ............................................ 90
Hình 4-30. Công suất phản kháng của turbine loại TW3 (pu) ................................ 91
Hình 4-31. Công suất điện của turbine loại TW4 (pu) ............................................ 91
Hình 4-32. Công suất phản kháng của turbine loại TW4 (pu) ................................ 91
Bảng 4-1. Kết quả tính toán theo 2 phép biến đổi .................................................. 79
Bảng 4-2. Kết quả trở kháng khác.......................................................................... 79

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page x

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Hệ thống điện (HTĐ) là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng của nền
kinh tế quốc dân đối với mọi quốc gia. Tuy nhiên các HTĐ nói chung đang phải đối
mặt với nhiều thách thức như: sự tăng nhanh nhu cầu phụ tải, các áp lực về môi
trường, sự cạn kiệt nguồn năng lượng sơ cấp. Do đó việc tìm hiểu, nghiên cứu ứng
dụng các nguồn năng lượng tái tạo là một trong những yêu cầu cần thiết cho các
HTĐ nói chung và HTĐ Việt Nam nói riêng. Có nhiều nguồn năng lượng tái tạo
khác nhau, nhưng nguồn năng lượng tái tạo với công suất lớn, có khả năng sản xuất
thương mại và kết nối được vào lưới điện chính thì năng lượng gió đặc biệt được
quan tâm và nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trên thế giới và Việt Nam.
Hiện nay, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) dự đoán đến năm 2020, nhu
cầu điện của Việt Nam sẽ khoảng 200.000 GWh. Trong đó các nguồn điện truyền
thống như thuỷ điện, nhiệt điện, điện khí chỉ đạt mức là 165.000GWh, như vậy sẽ
thiếu hụt khoảng 20-30% lượng điện mỗi năm. Do đó, việc đầu tư vào các nguồn
năng lượng khác, đặc biệt là năng lượng tái tạo là điều cần phải được quan tâm,
nghiên cứu kỹ lưỡng, và khai thác, sản xuất. Việt Nam là một đất nước có tiềm năng
khá lớn về năng lương gió.
Theo số liệu nghiên cứu của tổ chức phát triển năng lượng gió Châu Á, trên
lãnh thổ Việt Nam, các vùng giàu tiềm năng nhất để phát triển các nhà máy phát
điện gió như là: Sơn Hải (Ninh Thuận), vùng đồi cát ở độ cao 60-100m phía tây
Hàm Tiến đến Mũi Né (Bình Thuận) và khu vực Bán đảo Phương Mai (Bình Định).
Do đặc điểm của các nhà máy gió đó là công suất nhỏ, công suất phát ra
không ổn định, công suất phụ thuộc vào điều kiện khí hậu bên ngoài, có thể có các
nguồn song hài… do đó, để các nhà máy phong điện có thể được kết nối vào lưới
điện chính, thì việc nghiên cứu các loại tua bin gió, các điều kiện kết nối cần được
quan tâm và nghiên cứu kỹ lượng để đảm bảo chất lượng điện áp, tránh quá tải cơ
học và thu công suất một cách tối ưu nhất.
Vì lý do đó, tác giả lựa chọn đề tài: “Đánh giá một số mô hình turbine gió
khi kết nối lưới điện bằng phương pháp mô phỏng động” với mục đích là tập
trung vào việc nghiên cứu năng lượng của gió, các nhà máy điện gió và đánh giá

một số mô hình turbine khi kết nối với lưới điện bằng phương pháp mô phỏng động,

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 1


các kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng cho một dự án phát điện sử dụng năng
lượng gió ở Việt Nam.
Luận văn được thực hiện các nội dung sau:
-

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

-

Chương 1: Giới thiệu chung

-

Chương 2: Nhà máy phát điện gió

-

Chương 3: Mô hình turbine gió và phần mềm mô phỏng

-

Chương 4: Mô phỏng động turbine gió kết nối lưới điện

-

Chương 5: Các kết luận và kiến nghị

-

TÀI LIỆU THAM KHẢO.

-

PHỤ LỤC

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 2


CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU CHUNG
1.1

KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ
Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặtTrái Đất không đồng đều làm cho bầu
khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau cũng như không khí giữa mặt

ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất.Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được
tạo thành từ sự quay quanh trục của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến
vùng áp thấp không chuyển động thắng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều
xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu. Do sự khác nhau về áp suất và
nhiệt độ cũng như quá trình quay của Trái Đất, khối không khí sẽ chuyển động và
tạo ra những dòng không khí khác nhau vào các thời gian khác nhau trong năm.

Chính vì sự thay đổi nhiệt độ của khí quyển làm không khí chuyển động.Sự chuyển
động của không khí được gọi là gió.Có thể sử dụng động năng của khối không khí
chuyển động này chạy turbine gió để phát ra điện năng [2], [7], [8].

Hình 1-1.Quá trình hình thành gió
Chỉ có 1- 2% năng lượng bức xạ từ Mặt Trời được chuyển thành năng lượng
gió.Lượng năng lượng biến chuyển thành năng lượng gió này có giá trị khoảng 1013
MWh.
1.2

QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA NĂNG LƯỢNG GIÓ
Con người đã biết khai thác sức gió từ lâu như việc dựa vào sức gió để dong
buồm ra khơi, vận hành các máy bơm nước hay xay ngũ cốc. Cối xay gió đầu tiên
trục ngang được tìm thấy ở những bài lịch sử ở Ba Tư, Tây Tạng, Trung Quốc vào
khoảng 1000 năm sau công nguyên. Cối xay gió xuất hiện ở Anh vào khoảng năm

1150, ở Pháp khoảng 1180, ở Đức vào năm 1222, ở Đan Mạch vào năm 1259.Ở
Châu Âu, cối xay gió được phát triển và cải tiến từ thế kỷ 12 đến thế kỷ 19.Đến cuối
thế kỷ 19 chiếc máy phát điện dùng sức gió đầutiên ra đời, với tên gọi là turbinegió
để phân biệt với cốixaygió (biến năng lượng gió thành cơ năng).Charles F Brush đã
tạo ra chiếc turbine gió có khả năng phát điện đầu tiên trên thế giới tại Cleveland,

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 3


Ohio vào năm 1888. Giống như một cối xay gió khổng lồ có đường kính 17m với
144 cánh bằng gỗ mỏng để nghiền lúa, chuyển hàng hóa, chuyển nước đến các hồ.
Hình 1-2.

Hình 1-2.Turbine gió đầu tiên của Charles F.Brush, Cleveland, Ohio 1888
Năm 1891 nhà khí tượng học người Đan Mạch Poul The Mule Cour xây
dựng một turbine thử nghiệm ở Askov - Đan Mạch, Hình 1-3. Turbine gió này có
một rô to bốn cánh kiểu cánh máy bay và có trục quay nhanh hơn.

Hình 1-3. Turbine gió của Poul Lacour, Askov, Đan Mạch năm 1897
Năm 1922, kỹ sư người Phần Lan S.J.Savonius đã cải tiến nguyên lý đẩy
củakhái niệm trục đứng bằng cách thay thế cánh buồm bằng hai cốc hình tròn hình
1-4.

Hình 1-4. Turbine gió trục đứng kiểu Savonius
Năm 1931, kỹ sư người Pháp George Darrieus phát minh ra turbine gió trục
đứng Darrieus, turbine này có hai (hoặc nhiều hơn) cánh mềm dạng cánh máy bay.
Năm 1950 kỹ sư Johannes Juhl, đã phát triển turbine gió 3 cánh có khả năng phát
điện xoay chiều, đây chính là tiền thân của turbine gió Đan Mạch hiện đại.Cuộc

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 4


khủng hoảng dầu hoả vào năm 1973, đã làm cho con người quan tâm trở lại đến tính
thương mại của năng lượng gió và làm tiền đề cho sự phát triển công nghệ cao hơn
tại Đan Mạch và Califonia.Đến những năm 1980, công nghệ turbine gió mới đủ
thuận lợi để tồn tại, xét về mặt kinh tế, để các turbine gió cỡ lớn phát điện.Những
năm 1970 và 1980, mà đỉnh cao của nó là chiếc máy với đường kính rô to là 100m
có công suất 4,2MW với tên gọi “Eole C” tại Cap Chat - Quebec, Canada, hình 1-5.

Hình 1-5. Turbine gió trục đứng Darrieus kiểu “Eole C” tại Cap Chat, Quebec

Dưới tác động của luật cung cấp điện ra đời vào năm 1991 (ở Đức), cho đến
cuối năm 2003 có đến khoảng 2/3 các thiết bị sử dụng năng lượng gió ở Châu Âu
được lắp đặt ở Cộng Hòa Liên Bang Đức. Từ thời điểm đó, hiện nay ở Đức có
khoảng 18.685 thiết bị WEA với công suất lắp đặt vào khoảng 20.621MW. Như vậy
ở Đức năng lượng gió đáp ứng được 5,7% năng lượng điện tiêu thụ.
1.2.1 Sự phát triển của công suất tương ứng với đường kính rotor
Vào những năm 80 xu hướng chủ yếu là phát triển những thiết bị có công
suất từ 30 đến 50kW.Đến những năm 90, công suất được nâng lên từ 150 đến
250kW.Cho đến những năm cuối thập niên 90 người ta đã bắt đầu chế tạo ra những
thiết bị có công suất lớn hơn 500kW đến 900kW.Kể từ năm 2000 cho đến nay, các
nhà chế tạo đã nâng được công suất của thiết bị lên đến hàng MW.Hiện nay công
suất được lắp đặt cỡ trung vào khoảng 2MW và thiết bị cỡ lớn có thể có công suất
lên đến 6 ÷ 7,5MW trong tương lai.
Một sự phát triển tương tự về mặt công suất có thể thấy ở chiều cao của trục
và đường kính của rotor.Các thiết bị loại lớn hiện nay được chào bán trên thị trường
có chiều cao trục vào cỡ 135m và đường kính rotor vào cỡ 127m.Hiện nay có nhiều
nhà máy sản xuất turbine gió kích thước lớn [3].

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 5


Hình 1-6. Kích thước và công suất turbine điện gió đã sản xuất tính đến năm 2012

1.2.2 Sự phát triển hiệu suất của thiết bị WEA
Vào những năm 1990 giá mua 1 thiết bị WEA vào khoảng 1260 Euro/kW thì
đến năm 2004 giá mua 1 thiết bị WEA đã giảm xuống còn 890 Euro/kW (giảm hơn
29%). Vốn đầu tư turbine gió có nhiều khác biệt, giá thành của turbine điện gió
những năm gần đây đã xuống thấp hơn trước do thị trường có mức cạnh tranh cao.

Theo báo cáo của NREL, Cost Curve, in Black & Vaetch - Mỹ thì giá thành điện
gió đến năm 2025 giảm chỉ còn 3US Cent cho 1kWh như hình 1-7 [4].

Hình 1-7. Giá thành sản xuất điện đến năm 2025
1.2.3 Lợi ích kinh tế của việc sử dụng năng lượng gió
Sự phát triển bùng nổ của“Phát điện sử dụng năng lượng gió” không chỉ ở
Đức mà toàn thế giới, thể hiện những yếu tố về mặt kinh tế đầy hứa hẹn. Có100
quốc gia và khu vực sử dụng năng lượng gió để phát điện và Iceland đã trở thành
quốc gia thứ 100 đó là sử dụng năng lượng gió. Ngành gió trong năm 2012 đã có
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 6


doanh thu 60 tỷ Euro/75 tỷ USD.Khi năng lượng gió được phát triển với qui mô
công nghiệp sẽ thu hút một lực lượng đông đảo nhân công, góp phần nâng cao lợi
ích kinh tế cho địa phương. Hội đồng năng lượng gió toàn cầu (GWEO) ước tính
tổng số nhân công tham gia vào lĩnh vực năng lượng gió toàn thế giới là 150.000
người.Theo tính toán vào năm 2020 sẽ tạo ra thêm 112.000 chỗ làm trong lĩnh vực
này[24], [27].
Sự ra mắt của ấn bản 4 Tạp chí Triển vọng năng lượng gió toàn cầu chỉ ra
rằng, năng lượng gió có thể cung cấp 12% điện toàn cầu vào năm 2020, tạo ra 1,4
triệu việc làm mới và giảm lượng khí thải CO2 hơn 1,5 tỷ tấn mỗi năm, hơn 5 lần
mức hiện nay. Đến năm 2030, năng lượng gió có thể cung cấp hơn 20% nguồn cung
cấp điện năng trên toàn cầu. Ấn bản 4 GWEO còn chỉ ra rằng, ngành công nghiệp
này có thể sử dụng 2,1 triệu lao động vào năm 2020 - gấp 3 lần hiện nay khi được
hỗ trợ những chính sách đúng đắn[31].
1.3 NHỮNG YẾU TỐ THÚC ĐẨY PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ
1.3.1 Nhu cầu tiêu dùng năng lượng tăng nhanh
Do dân số thế giới hiện đang tăng không ngừng, đến nay ước khoảnghơn 7 tỉ

người và còn tăng lên nữa. Mặt khác nhu cầu tiêu dùng năng lượng của con người
cũng tăng cao. Trung bình một người hiện nay tiêu thụ gấp 15 lần so với một người
cách đây 100 năm.Năm 2010 thế giới tiêu thụ 423.1012MJ.Tổng tiêu thụ năng lượng
hiện nay trên toàn thế giới tăng 16 lần so với đầu thế kỷ 19.Hơn nữa càng vào các
giai đoạn sau sự tiêu thụ năng lượng càng lớn.
1.3.2 Sự cạn kiệt của nguồn năng lượng hóa thạch
Nhu cầu về năng lượng toàn cầu đang tăng từng ngày. Cơ quan năng lượng quốc
tế IEA dự đoán tới năm 2030 nhu cầu thế giới tăng hơn hiện tại 60%, khoảng
4800GW. Khi nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cùng với việc thiếu các biện
pháp sử dụng hiệu quả các nguồn năng lượng hóa thạch (nguồn cung cấp chính chủ
yếu cho các nhà máy phát điện), đặc biệt là khí đốt đang dần cạn kiệt.Ở Châu Âu
nguồn nhiên liệu dầu và khí đốt tập trung chủ yếu ở vùng Biển Bắc đang suy giảm
nhanh chóng. Hiện tại trữ lượng năng lượng hoá thạch của thế giới chỉ còn 34 triệu
tỉ MJ (34.1012MJ), trong đó than chiếm khoảng 60% (19630.1012MJ), dầu các loại
khoảng 22%(9185.1012MJ) và khí đốt còn 5110.1012MJ. Với mức tiêu thụ như năm
2010 (423.1012MJ/năm) thì nguồn năng lượng hoá thạch còn lại chỉ đủ cho thế giới
chúng ta sử dụng thêm khoảng 80 năm, trong đó than 200 năm, dầu khoảng 48 năm,
khí đốt khoảng 15 năm và uranium còn 40 năm.Thậm chí nguồn Urani hiện tại là

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 7


nguồn nhiên liệu cung cấp hơn 30% sản lượng điện cho Châu Âu cũng đánh giá là
suy kiệt trong vòng 40 năm tới[10].
Do những yếu tố tác động trên, trong 2 năm trở lại đây giá dầu thô và khí đốt
đã tăng không đúng quy luật. Giá dầu thô tăng từ 25$ đến 35$/thùng năm 2004, đạt
đến ngưỡng 100$/thùng vào đầu năm 2012, cho đến đầu tháng 4 năm 2013 là
111$/thùng và theo dự đoán sẽ còn tăng cao trong những năm tới. Các phân tích chỉ

ra rằng sự lũy tiến của giá dầu thô bắt đầu từ năm 2002 đang tiến tới ngưỡng cuộc
khủng hoảng năng lượng đã xảy ra vào thập niên 70. Giá dầu tăng nhanh đã gây ra
tình trạng suy thoái kinh tế toàn cầu và tạo ra lạm phát không dự báo trước.
Việt Nam cũng không nằm ngoài vòng cạn kiệt nguồn năng lượng hoá thạch
như đã nói ở trên. Theo dự báo thì chỉ sau 15 đến 20 năm nữa thì ta phải nhập than,
dầu và khí đốt cũng chỉ còn khai thác được khoảng 40 đến 60 năm nữa.Thế thì sau
50 năm nữa thế giới trong đó có Việt Nam ta sẽ phải giải quyết vấn đề cung cấp
năng lượng như thế nào đây?
1.3.3 Vấn nạn về ô nhiễm môi trường trên toàn thế giới
Sự phát triển nguồn năng lượng gió còn được thúc đẩy mạnh mẽ do yêu cầu
cấp bách chống lại sự thay đổi khí hậu toàn cầu. Đây được coi là mối đe dọa lớn
nhất đối với môi trường mà thế giới phải đối mặt.Sử dụng năng lượng hoá thạch
làm phát thải vào môi trường rất nhiều khí và chất độc hại.Các khí như SO2, NO
gây ra mưa axít, làm hư hại các công trình văn hoá kiến trúc, kinh tế xã hội.Khí CO
tạo ra loại bụi bồ hóng độc hại.Đặc biết CO2 là một khí gây hiệu ứng nhà kính làm
khí quyển của quả đất nóng lên. Hiện nay, mỗi năm các hoạt động sản xuất tiêu
dùng năng lượng hoá thạch làm phát thải vào môi trường 23,5 tỉ tấn CO2. Tổng khối
lượng CO2 tích tụ trong khí quyển quả đất đến nay đạt con số khổng lồ là 1000 tỉ
tấn, trong đó 50% do phát khí trong vòng 50 năm cuối thế kỷ 20. Mặc dù CO2
không phải là khí nhà kính duy nhất, nhưng sự đóng góp của nó là 50% [1].

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 8


Hình 1-8. Lượng
ng thải
thả CO2 trên 1 kWh theo các dạng nguồn năng llượng
Dự án về thay đổi khí hậu

h của Hiệp hội liên chính phủ tại Liên
ên hi
hiệp quốc chỉ
ra rằng nhiệt độ trung bình
ình của
c thế giới trong thập kỷ tới sẽ tăng
ng th
thêm 5,8oC. (Cơ
quan Khí quyển và Đại
ại dương
d
Mỹ, ngày 15/4/2013 cho biết hiện tư
ượng thời tiết El
Nino đã làm nhiệt độ trung bình
b
trên bề mặt Trái Đất tăng lên mức
ức kkỷ lục 13,5oC
trong tháng 3/2013).Trong
Trong khi đó, nếu xét về khía cạnh sử dụng
ng hi
hiệu quả nguồn
năng lượng thì năng lượng
ợng tái tạo
t giải quyết triệt để vấn đề phát thải
ải khí CO2(1GW
điện gió chỉ sản
n sinh ra khoảng
kho
10 tấn CO2 trong khi 1GWh nhi
nhiệt điện than là

830920 tấn CO2).
Ngoài những ảnh hưởng
h
trực tiếp đến môi trường khi đốtt các nhi
nhiên liệu hóa
thạch còn phải kể đến những
nh
tác động khác như ô nhiễm
m không khí như, phá hủy
cảnh
nh quan xung quanh, các nguy ccơ tiềm ẩn ảnh hưởng tới sức khỏe
ỏe con người.
Như vậy,
y, sau nhu cầu
c đảm bảo năng lượng thì đấuu tranh chố
chống lại sự biến
đổi khí hậu chính là động
ộng lực
l thúc đẩy năng lượng gió phát triển.
1.3.4 Năng lượng
ng hạt
hạ nhân, không phát thải CO2, nhưng “lợi
ợi bất
b cập hại”
Năng lượng hạt
ạt nhân là
l nguồn không gây ra phát thải CO2 và các khí nhà
kính khác. Tuy nhiên các rủi
r ro do các nhà máy hạt nhân gây ra thìì th
thật khó lường

ngay cả ở trình độ khoa hhọc và công nghệ tiên tiến hiệnn nay. Các rrủi ro gây ra
những ảnh hưởng rất lớn
ớn và
v ở phạm vi rộng tới sức khoẻ con người.
ời. Các ảnh hưởng
này có thể gây ra từ từ, lâu dài nên rrất khó nhận biết.
Sau biến cố nổ lò
ò hạt
h nhân từ Fukishima ở Nhật Bản vào
ào tháng 3 nnăm 2011,
nhiều nước trên thế giới
ới đã
đ xem xét lại kế hoạch năng lượng hạtt nhân vvà tìm những
nguồn năng lượng sạch
ạch hay năng
n
lượng tái tạo để dần thay thế năng
ăng llượng hạt nhân
cũng như những năng lượ
ợng truyền thống từ than, dầu …
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 9


Tóm lại, nếu nhìn nhận một cách đầy đủ hơn về năng lượng hạt nhân chúng
ta có thể nói rằng, sử dụng năng lượng hạt nhân thì “lợi bất cập hại”.
1.3.5 Nâng cao hiệu quả kinh tế
Theo Viện Frauenhofer Institut của Đức năm 2012 thì trong tương lai gần,
điện gió sẽ là loại năng lượng ít tốn kém nhất trong tất cả mọi loại năng lượng. Theo

báo cáo của Hiệp hội điện gió Đức và Greenpeace tháng 8 năm 2012 thì giá thành
sản xuất điện gió năm 2012 khi tính tất cả những khoản chi phí phụ khác thấp hơn
điện từ từ than đá, điện nguyên tử và điện mặt trời. Vốn đầu tư và giá thành sản xuất
của thủy điện hiện nay có tính kinh tế cao hơn những loại năng lượng khác vì những
kinh phí đền bù và kinh phí cải tạo lại hệ sinh thái do nhà máy thủy điện gây ra chỉ
được tính tượng trưng hoặc không tính vào kinh phí đầu tư [23], [26].

Hình 1-9. Giá thành sản xuất điện năm 2012 khi tính tất cả những khoản chi phí phụ

Tính đến năm 2012 chi phí vốn cho các turbine gió là thấp hơn đáng kể so với
2008-2010 nhưng vẫn ở trên mức 2002. Một báo cáo của Hiệp hội Năng lượng gió
Mỹ năm 2011 cho biết, "chi phí của gió đã giảm trong hai năm qua, trong khoảng (5
÷ 6) cent/1kWh, gần đây khoảng 2 cent/1kWh rẻ hơn so với điện than.
1.4

HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐIỆN GIÓ TRÊN THẾ GIỚI
Tổng công suất của toàn thế giới vào thời điểm năm 1995 khoảng 4,8GW và
cho đến năm 2005 đã tăng gấp hơn 12 lần đạt 59GW. Theo Hiệp hội điện gió thế
giới WWEA thì công suất điện gió trên thế giới tính đến cuối năm 2012 là
282,275GW và sản lượng là 580TWh, đến cuốitháng sáu năm 2013 đạt 296,255GW
(tổng công suất ghi trên nhãn).Bất chấp những khó khăn trong nền kinh tế, dự tính
cho đến năm 2020, tổng công suất phong điện toàn cầu vẫn sẽ đạt 759GW, chiếm
đến 12% tổng sản lượng điện thế giới và tiếp tục tăng đến 1600GW vào năm 2030.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 10


Nếu những yếu tố bất ổn trong thị trường được được giải quyết, con số này thậm chí
có thế lên tới 1150GW vào năm 2020 và 2500GW vào năm 2030. Đến năm 2050,

châu Âu sẽ sử dụng 50% năng lượng gió trong tổng cán cân năng lượng (nhiệt điện,
thủy điện, điện hạt nhân, điện mặt trời...)[3], [28].

Hình 1-10.Tổng công suất lắp đặt từ 2010 - 2013 [MW]
Cũng theo WWEA thì công suất điện gió trên thế giới năm 2020 sẽ khoảng trên 1
triệu MW.
[MW]

Hình 1-11. Công suất điện gió trên thế giới từ năm 1997 và dự toán đến năm 2020
Theo IEA trên lý thuyết, tiểm năng gió toàn cầu có thể tạo ra đến 1,3 triệu
TW trong năm và cũng theo báo cáo của các trường Đại học Harvard - Mỹ thì tiểm
năng gió trên thế giới có thể tạo ra một sản lượng nhiều gấp 40 lần điện năng tiêu
thụ hiện nay trên thế giới, Hiệp hội điện gió Đức thì cho rằng tiềm năng gió trên thế
giới trên lý thuyết có thể tạo ra một sản lượng điện gấp 200 lần lượng điện cần thiết
cho xã hội.Năng lượng gió hiện tại là nguồn cung cấp năng lượng ở hơn 50 nước
trên thế giới.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 11


công suất lắp đặt năm 2012

công suất lắp đặt mới 2013

Hình 1-12.Tổng công suất lắp đặt năm 2013 [MW]
1.4.1 Khu vực Châu Âu
Châu Âu vẫn là lục địa với công suất lắp máy lớn nhất trong nửa đầu năm
2013: Vương quốc Anh với công suất mới 1,3GW ( tổng công suất 9,6GW).Đức

vẫn là thị trường số một gió không bị thách thức ở châu Âu, với một công suất mới
của 1,1GW (tổng cộng suất 32,4GW).Thụy Điển (526MW mới), Đan Mạch
(416MW mới) và Romania (384MW mới).
1.4.2 Khu vực Bắc Mỹ
Điện sản xuất từ gió tăng lên mạnh mẽ cả ở 2 quốc gia Mỹ và Canada.Ở Mỹ
nửa đầu năm 3013 có sự giảm sút, chỉ bổ sung thêm được 1,6MW giữa tháng Giêng
và tháng Sáu năm 2013 sau khi đạt được 2,883MW một năm trước đây.Canada lắp
đặt 377MW trong nửa đầu năm 2013, hơn 50% so với giai đoạn trước năm
2012.Hiện nayMỹ và Canada chiếm khoảng 15% của tổng thị trường điện gió thế
giới.
1.4.3 Khu vực Mỹ LaTinh
Các thị trường lớn nhất Mỹ Latinh, Brazil, đã trở thành thị trường lớn thứ 14
trên toàn thế giới gió, sau khi cài đặt 281MW trong nửa đầu năm 2013 và đạt tổng
công suất 2.788MW, với tốc độ tăng trưởng 11,2%. Brazil dự kiến sẽ tiếp tục là thị
trường dẫn đầu trong khu vực trong những năm tiếp theo tới.
1.4.4 Khu vực Châu Úc
Phát triển rất đáng khích lệ đã xảy ra ở Úc có thị trường gió được lắp đặt
thêm 475MW, bằng tốc độ tăng trưởng 18% so với cuối năm 2012, tương tự như
năm 2012. Úc cũng đã đi trước một bước và là vị trí tại 13 quốc tế, từ vị trí trước
15.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 12


1.4.5 Khu vực Châu Phi
Nhà máy điện gió lớn nhất châu Phi có công suất 140MW, bao gồm 165 máy
phát điện bằng sức gió.Kenya cũng sẽ xây dựng một nhà máy điện gió có công suất
300MW.Ethiopia cũng đang phát triển bền vững với việc xây dựng một nhà máy
phong điện 120MW tại Mekele, thủ phủ của tỉnh Tigray.Nước đạt thành quả nhất là

Ai Cập. Với tổng công suất điện gió hiện tại là 145MW các nhà quản lý năng lượng
tái tạo của Ai Cập đang dự kiến nâng con số này lên 850MW vào năm 2010 và kỳ
vọng tới giai đoạn 2020 - 2025 sẽ đạt 2750MW[25].Một trang trại gió lớn mới
100MW đã được cài đặt tại Ma-rốc, tăng công suất điện gió của nước này 391MW.
1.4.6 Khu vực Châu Á
Châu Á bị chi phối bởi Trung Quốc và Ấn Độ lần nữa vào năm 2013, Trung
Quốc đã cho đến nay thị trường gió lớn nhất, thêm 5,5GW trong sáu tháng, nhiều
hơn một chút so với năm trước, khi 5,4GW được dựng lên.Trung Quốc chiếm 39%
thị trường thế giới cho turbine gió mới, nhiều hơn 29% trong cả năm 2012.Vào
tháng sáu năm 2013, Trung Quốc có công suất lắp đặt tổng thể của 80,8GW.Ấn Độ
tăng 1,2GW, ít hơn so với nửa đầu năm 2012, khi nó được cài đặt 1,5GW. Triển
vọng của thị trường Ấn Độ vẫn chưa rõ ràng do sự không chắc chắn chính sách. Các
thị trường Nhật Bản và Hàn Quốc gió vẫn đang phát triển ở mức giá rất khiêm tốn,
với cả hai nước cho thấy tốc độ tăng trưởng dưới 2% trong nửa đầu năm 2013. Do
tăng trưởng chậm này, Nhật Bản đã giảm trong bảng xếp hạng tổng thể từ vị trí 13
đến 15. Mông Cổ thêm trang trại gió lớn đầu tiên là 50MW.
1.5

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN GIÓ ĐẾN MÔI TRƯỜNG
Máy phát điện gió sử dụng nguồn năng lượng từ gió để tạo ra điện năng, là
năng lượng tái tạo và thuộc loại điện sạch vì không phát thải khí nhà kính, không
làm thay đổi khí hậu toàn cầu, không tạo ra chất gây ô nhiễm môi trường, không
cần bất kỳ một loại nhiên liệu nào, không gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến các hoạt
động nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp, nuôi trồng và sinh sống của con người
và những động vật khác. Tuy nhiên để bảo vệ môi trường, bảo vệ sinh thái, cảnh
quan, bảo vệ sự sinh sống của tất cả mọi động vật, bảo vệ hoạt động và nhu cầu con
người, những công trình điện gió phải chấp hành những qui định cơ bản như khoảng
cách tối thiểu từ turbine điện gió đến khu dân cư, bảo đảm cảnh quan không bị thay
đổi quá nhiều, độ ồn phát sinh khi hoạt động phải nằm trong giới hạn qui định và
hạn chế được những ảnh hưởng khác như hiện tượng nhấp nháy lúc hoạt động dưới

ánh nắng mặt trời hoặc gây nguy hại cho các loài chim, dơi hoặc động vật khác. [4].

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 13