Nâng cao chất lượng điện năng của các nguồn phân tán có bộ chuyển đổi DC AC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẢO VĂN HOAN

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG CỦA
CÁC NGUỒN PHÂN TÁN CÓ BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/AC.

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202

S K C0 0 4 7 2 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRẢO VĂN HOAN

NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG CỦA
CÁC NGUỒN PHÂN TÁN CÓ BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/AC.

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60 520202
Hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS. LÊ MINH PHƢƠNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
i


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Trảo Văn Hoan

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 26/06/1990

Nơi sinh: Bình Định

Quê quán: Bình Định

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Trƣờng Thạnh – Cát Tiến – Bình Định
Điện thoại cơ quan:
Điện thoại nhà riêng: 0934320226
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo từ ……/…… đến…/.

Nơi học (trƣờng, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: chính quy

Thời gian đào tạo từ 9/2008 đến 01/2013

Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học sƣ phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
Ngành học: Điện công nghiệp
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: “nghiên cứu bù công suất phản
kháng cho động cơ không đồng bộ bapha vận hành trên lƣới một pha”
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 14/01/2013 tại trƣờng
đại học sƣ phạm kỹ thuật Tp.HCM
Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS Trƣơng Việt Anh

i


III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT
NGHIỆP ĐẠI HỌC:
Thời
gian
3/20138/2014
8/2014
đến nay

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Công ty nhựa thiếu niên tiền
phong phía nam
Công ty wonderfull Saigon
electric

ii

Nhân viên công nghệ
Nhân viên kỹ thuật


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 03 năm 2015

Trảo Văn Hoan

iii


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Lê Minh
Phƣơng, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện
luận văn này.
Xin cám ơn các Thầy Cô trong khoa Điện-Điện Tử trƣờng Đại Học Sƣ Phạm
Kỹ Thuật Tp.HCM đã cho tôi nền tản kiến thức – tri thức quí báu để hoàn thành
luận văn này.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ, ngƣời thân đã luôn ở bên động

viên rất nhiều để tôi hoàn thành chƣơng trình học này.

Trảo Văn Hoan.

iv


TÓM TẮT
Luận văn này trình bày một phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng điện năng của
nguồn điện phân tán có sử dụng các bộ chuyển đổi DC/AC. Luận văn trình bày chi
tiết phƣơng pháp bù điện áp offset DC tồn tại trong các bộ nghịch lƣu hòa lƣới bằng
cách sử dụng hệ đồng bộ tham chiếu dựa trên cơ sởvòng khóa pha SFR-PLL. SFRPLL có chức năng ƣớc lƣợng nhanh và chính xác tần số, góc pha và biên độ điện áp
lƣới. Chiến lƣợc điều khiển offset DC trong luận văn có xem xét đến lƣợng điện áp
DCkhác nhau khi tham gia vào lƣới. Khi giả thiết rằng điện áp DC không tồn tại, kỹ
thuật điều khiển offset DC là tƣơng đƣơng với kỹ thuật SOGI đƣợc áp dụng trƣớc
đây. Tuy nhiên, dựa trên cơ sở SOGI, với sự tồn tại của điện áp DC trong lƣới điện,
kỹ thuật đề nghị mang lại nhiều sự khác biệt. Sau khi đánh giá các kết quả mô
phỏng, mô hình thực nghiệm cho thấy phƣơng pháp mang lại tính hiệu quả, đáp ứng
nhanh về mặt thời gian, một giải pháp ý nghĩa cho các bộ nghịch lƣu hòa lƣới trong
việc giảm thiểu sóng hài, khử điện áp nhiễu. Hơn thế nữa, phƣơng pháp điều khiển
với thuật toán đơn giản nên sai số đƣợc giảm thiểu nhỏ nhất đảm bảo duy trì sự ổn
định của hệ thống.
Nội dung của luận văn này đặt nền móng cho sự nghiên cứu và phát triển sâu
hơn đối với lĩnh vực điều khiển đồng bộ của bộ biến đổi công suất nối lƣới, có thể
áp dụng cho các bộ nghịch lƣu nối lƣới cũng nhƣ điều khiển động cơ.

v


ABSTRACT

This thesis presents a method for improving power quality of distributed
power sources that use the adapter DC / AC. In the thesis, I presented detailed
methods Offset DC offset voltage exists in the grid inverters.The grid-connected
inverters that use synchronous reference frame based phase-locked loop SRF-PLL
are applied very popular. The function of SRF-PLLs is fast and accurate estimation
of frequency, phase angle, and magnitude of grid voltage. The power quality of the
current injected into the grid depends on these estimated parameters. The
measurements or processes of data conversion can typically introduce the dc offset
in the measured grid voltage. The dc offset is one of the reasons for causing errors
for the estimated parameters of the grid voltage and causes injected current with
harmonic distortions. This thesis presents a technique of dc offset compensation for
SRF-PLL based on the Second Order Genralized Integrator (SOGI). The simulation
and experimental results validated the performance of the proposed technique.
The content of this thesis laid the foundation for research and development in
the field deeper synchronous control of power converters connected to the grid,
which can apply to off-grid inverters and controllers motor.

vi


MỤC LỤC
Trang tựa

Trang

Xác nhận giáo viên hƣớng dẫn .............................................................................
Quyết định giao đề tài ..........................................................................................
LÝ LỊCH KHOA HỌC ...................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. iii
LỜI CẢM ƠN................................................................................................... iv

TÓM TẮT ..........................................................................................................v
ABSTRACT ..................................................................................................... vi
MỤC LỤC ....................................................................................................... vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH.................................................................................x
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................... xiii
Chƣơng 1: TỔNG QUAN ..................................................................................1
1.1. GIỚI THIỆU ........................................................................................... 1
1.1.1. Tình hình phát triển năng lƣợng tái tạo trên thế giới .......................1
1.1.2. Tình hình phát triển năng lƣợng tái tạo ở việt nam .........................3
1.1.2.1. Thủy điện nhỏ .........................................................................4
1.1.2.2. Năng lƣợng gió .......................................................................4
1.1.2.3. Năng lƣợng sinh khối ..............................................................5
1.1.2.4. Năng lƣợng mặt trời ................................................................6
1.1.2.5. Năng lƣợng địa nhiệt ...............................................................7
1.2. GIỚI THIỆU CÁC ỨNG DỤNG PLL TRONG ĐỒNG BỘ LƢỚI
ĐIỆN

............................................................................................................... 10
1.2.1. Kỹ thuật tạo trễ ¼ chu kỳ ...............................................................11
1.2.2. PLL dựa trên cơ sở biến đổi Hilbert ..............................................11

vii


1.2.3. PLL trên cơ sở chuyển đổi park ngƣợc ..........................................12
1.2.4. PLL trên cơ sở sử dụng bộ lọc .......................................................16
1.2.4.1. PLL cải tiến ...........................................................................17
1.2.4.2. Bộ lọc thích nghi hai cấp ......................................................20
1.3. TÍNH CẤP THIẾT................................................................................ 22
1.4. MỤC TIÊU LUẬN VĂN ..................................................................... 23

1.5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LUẬN VĂN .................................. 23
1.6. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN ........................................................ 23
1.7. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LUẬN VĂN ............................................. 23
1.8. GIÁ TRỊ KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CỦA LUẬN VĂN ............. 24
1.9. HIỆU QUẢ NGHIÊN CỨU LUẬN VĂN ........................................... 24
1.10. KẾT LUẬN........................................................................................... 24
1.11. BỐ CỤC LUẬN VĂN ......................................................................... 24
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .....................................................................25
2.1. GIỚI THIỆU VỀ PHASE-LOCKED-LOOP........................................ 25
2.1.1. Cấu trúc cơ bản vòng khóa pha ......................................................25
2.1.2. Phƣơng trình cơ bản của PLL ........................................................26
2.1.3. Đáp ứng PLL ..................................................................................27
2.1.4. Thông số quan trọng của một PLL ................................................28
2.2. PHÁT HIỆN PHA DỰA TRÊN CƠ SỞ PHÁT TÍN HIỆU TRỰC
GIAO

............................................................................................................... 29

2.3. TÍCH PHÂN SUY RỘNG CẤP 2 ....................................................... 35
Chƣơng 3: XÂY DỰNG VÕNG KHÓA PHA SỬ DỤNG KỸ THUẬT SOGI
VÀ KỸ THUẬT SOGI CẢI TIẾN ...........................................................................40
3.1. XÂY DỰNG VÕNG KHÓA PHA SỬ DỤNG KỸ THUẬT SOGI .... 40

viii


3.1.1.PLL trên cơ sở SOGI ............................................................................ 40
3.1.2.Kết quả mô phỏng tái hiện phƣơng pháp OSG - SOGI ....................... 44
3.1.3.Nhận xét kết quả mô phỏng.................................................................. 53
3.2. KỸ THUẬT SOGI CẢI TIẾN .............................................................. 53

3.2.1.Cơ sở khoa học ..................................................................................... 53
3.2.2.Kỹ thuật SOGI cải tiến đề nghị ............................................................ 55
3.2.3.KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ...................................................................... 63
3.2.4.NHẬN XÉT KẾT QUẢ ....................................................................... 71
Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................73
4.1. KẾT LUẬN........................................................................................... 73
4.2. KHUYẾN NGHỊ................................................................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................76

ix


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình

Trang

Hình 1.1: Công suất phát điện xây dựng năm 2010 ( không kể thủy điện nhỏ)
Đơn vị GW ..................................................................................................................2
Hình 1.2: Hình ảnh phát triển năng lƣợng gió ...................................................5
Hình 1.3: Hình ảnh phát triển năng lƣợng mặt trời ...........................................7
Hình 1.4: Hình ảnh PLL dựa trên cơ sở tạo trễ T/4.........................................11
Hình 1.5: Hình ảnh PLL dựa trên cơ sở biến đổi Hilbert ................................12
Hình 1.6: PLL trên cơ sở chuyển đổi Park ngƣợc ...........................................13
Hình 1.7: Đáp ứng tần số của QSG trên cơ sở chuyển đổi Park ngƣợc ..........14
Hình 1.8: Đáp ứng của PLL chuyển đổi Park ngƣợc thể hiện góc nhảy pha của
tín hiệu vào ................................................................................................................15
Hình 1.9: Biểu diễn vector của tín hiệu ngõ ra QSG .......................................15
Hình 1.10: Hệ thống lọc thích nghi .................................................................17
Hình 1.11: Sơ đồ khối của thuật toán LMS với một trọng số thích nghi của hệ

thống ANC ................................................................................................................17
Hình 1.12: Sơ đồ khối PLL cải tiến (EPLL) ...................................................18
Hình 1.13: Đáp ứng của EPLL trong sự có mặt của bƣớc nhảy pha tín hiệu
vào .............................................................................................................................19
Hình 1.14: (a) ANF trên cơ sở thuật toán LMS với hai trọng số thích nghi và
(b) sơ đồ khối của AF hai cấp trên miền thời gian ....................................................21
Hình 2.1: Cấu trúc cơ bản của PLL .................................................................25
Hình 2.2: Sơ đồ khối các thành phần PLL ......................................................25
Hình 2.4: Đáp ứng bƣớc của các thành phần PLL ..........................................28
Hình 2.5: Quá trình đồng bộ của PLL .............................................................30
Hình 2.6: Sơ đồ khối PLL với ý tƣởng trực giao PD ......................................31
Hình 2.7: đáp ứng quá độ của PLL với trực giao PD ......................................32
Hình 2.8: PD trên cơ sở tín hiệu phát tín hiệu trực giao và chuyển đổi Park ..33

x


Hình 2.9: Biểu diễn vector QSG của tín hiệu ngõ ra .......................................34
Hình 2.10: PLL với LF trên trục q của QSG ...................................................34
Hình 2.11: Đáp ứng của GI với (a) sine thuần ngõ vào thuần sine/cosine ngõ
vào .............................................................................................................................35
Hình 2.12: (a) AF hai cấp trên cơ sở GI và (b) AF hai cấp trên cơ sở SOGI
(SOGI-QSG) .............................................................................................................36
Hình 2.13: Đáp ứng SOGI-QSG (ts = 20.7ms, k = 2 ) .................................38
Hình 3.1: Sơ đồ khối của SOGI dựa trên PLL (SOGI-PLL) ...........................40
Hình 3.2: Vòng khóa pha sử dụng kỹ thuật SOGI ..........................................41
Hình 3.3: Đáp ứng giản đồ Bode của Gd(s) ....................................................42
Hình 3.4: Đáp ứng giản đồ Bode của Gq(s) ....................................................43
Hình 3.5: a) Sơ đồ SOGI trên matlab simulink b) Dạng sóng điện áp ngõ vào
...................................................................................................................................45

Hình 3.6: Sơ đồ mô phỏng matlab Simulink cho SOGI ở chế độ không có ...46
thành phần offset DC ........................................................................................46
Hình 3.7: Khối repeating Sequence 1 và thông số cài đặt ...............................47
Hình 3.8: Dạng sóng điện áp khi không có thành phần offset DC ..................47
Hình 3.9: Các thông số ƣớc lƣợng khi không có thành phần offset DC .........48
Hình 3.10: Sơ đồ mô phỏng matlab Simulink cho SOGI ở chế độ có 5% offset
DC .............................................................................................................................49
Hình 3.11: Dạng sóng điện áp khi có thành phần offset DC ...........................50
Hình 3.12: Điệp áp qv‟ thay đổi theo thành phần offset DC ...........................51
Hình 3.13: Các thông số ƣớc lƣợng khi có thành phần offset DC ..................52
Hình 3.14: Kỹ thuật SOGI cải tiến sử dụng bộ lọc thông thấp .......................54
Hình 3.15: Kỹ thuật đề xuất ............................................................................56
Hình 3.16:Sơ đồ khối OE trong matlab ...........................................................56
Hình 3.17: Khối OE xác định điện áp offset DC cho qv‟ ...............................57
Hình 3.18: Sơ đồ mô phỏng trên Matlab/Simulink OE-SOGI ........................60
Hình 3.19: Sơ đồ đƣa khối Max_detector vào mạch .......................................61
Hình 3.20: Dạng sóng qv‟ khi có điện áp offset DC .......................................61

xi


Hình 3.21: Dạng sóng điện áp qv‟ khi có offset DC .......................................62
Hình 3.22: Sơ đồ mô phỏng chế độ không có bộ OE ......................................64
Hình 3.23: Dạng sóng các điện áp khi không có bộ OE .................................65
Hình 3.24: Sơ đồ mô phỏng có sử dụng OE-SOGI với sự có mặt điện áp offset
...................................................................................................................................66
Hình 3.25: Dạng sóng của |qv‟| và offset xác định đƣợc.................................67
Hình 3.26: Dạng sóng đƣợc phóng to tại các đỉnh của |qv‟|............................67
Hình 3.27: Dạng sóng các điện áp khi có khối OE .........................................68
Hình 3.28: Dạng sóng qv‟ không bù (màu đỏ) và có bù (màu xanh) offset DC

...................................................................................................................................69
Hình 3.29: Tần số ƣớc lƣợng đƣợc của SOGI và OE – SOGI ........................69
Hình 3.30: Dạng sóng θ‟ ƣớc lƣợng đƣợc .......................................................70
Hình 3.31: Biên độ điện áp ƣớc lƣợng đƣợc ...................................................71

xii


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
NLTT: Năng lƣợng tái tạo
NLMT: Năng lƣợng mặt trời
GW: Gigawatt.
UNEP: United nations environment programme.
TOE: Số tấn dầu tƣơng đƣơng.
PLL: Phase lock loop
SOGI-PLL: Second-order generalized integrator Phase lock loop.
FIR – IIR: Finite impulse response - infinite impulse response.
LPF: Low-pass filter
LF: Loop fillter
ANC-ANF: Adaptive filter - Adaptive noise cancelling.
LMS: Least mean squares
DSP: Digital signal programed.
SOGI: Second-order generalized integrator
VCO: Voltage-controlled oscillator
GI: Generalized integrator
SOGI-QSG: Second-order generalized integratorquadrature signal Generator
OE: Offset DC Estimation.

xiii

Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU
1.1.1. Tình hình phát triển năng lƣợng tái tạo trên thế giới [1]
Hiện nay bức tranh kinh tế thế giới đang rất ảm đạm do cuộc khủng hoảng
nặng nề ở Mỹ và châu Âu. Thế nhƣng thị trƣờng năng lƣợng tái tạo (NLTT) thế giới
nói chung và thị trƣờng Âu - Mỹ nói riêng vẫn phát triển liên tục và mạnh mẽ.
Trong giai đoạn 2005 - 2010, tổng công suất NLTT gồm điện mặt trời, điện
gió, nhiệt điện, nƣớc nóng năng lƣợng mặt trời (NLMT) và nhiên liệu sinh học…
tăng với tốc độ trung bình từ khoảng 15% đến gần 50% hàng năm. Đặc biệt, trong
giai đoạn này, điện mặt trời tăng với tốc độ nhanh nhất. Tiếp theo là nhiên liệu sinh
học và điện gió. Thủy điện nhỏ, điện và nhiệt sinh khối (SK), điện và địa nhiệt tăng
với tốc độ trung bình trong khoảng 3 - 9%/ năm. Ở một số nƣớc, tốc độ tăng đối với
các công nghệ này đã vƣợt xa tốc độ trung bình toàn cầu nói trên. Năm 2009, NLTT
đã cung cấp trên 16% tổng tiêu thụ NL cuối cùng trên thế giới.
Tổng công suất phát điện NLTT trên thế giới đến năm 2010 là 4.950 Gw,
chiếm khoảng 25% tổng công suất phát điện và cung cấp gần 20% điện năng trên
toàn cầu, trong đó thủy điện nhỏ chiếm một tỷ lệ rất lớn (16,1%). Nếu không kể
thủy điện nhỏ thì tổng công suất phát điện NLTT là 312 Gw, tăng 25% so với 2009
(250 Gw), trong đó phát điện NL gió tăng nhanh nhất, với công suất lắp thêm năm
2010 là 39 Gw, tiếp theo điện mặt trời tăng 17 GW. Các nƣớc dẫn đầu về công suất
phát điện NLTT đến cuối năm 2010 (không kể thủy điện nhỏ) là Trung Quốc, Mỹ,
Canada, Brazin, Ấn độ và Đức hình 1.
Ở Mỹ, phát điện NLTT chiếm khoảng 25% tổng công suất lắp đặt thêm trong
năm 2010 và chiếm 11,6% tổng công suất phát điện đến cuối 2010, cung cấp
khoảng trên 10,3% tổng điện sinh hoạt.

1

Hình 1.1 Công suất phát điện xây dựng năm 2010 (không kể thủy điện nhỏ) Đơn vị
Gw
Mỹ cũng là quốc gia đứng thứ 2 thế giới với 38,3 triệu USD đầu tƣ cho năng
lƣợng tái tạo, tăng 7% so với năm 2013. Nhiều công ty, tập đoàn lớn tại Mỹ nhƣ
General Motors, Walmart, Apple, Johnson & Johnson, Crayola và Google đều đang
xây dựng và đƣa vào hoạt động các trang trại năng lƣợng mặt trời để cung cấp điện
cho hoạt động sản xuất và kinh doanh.
Năm 2014, Liên minh châu Âu (EU) đã cam kết giảm 20 % lƣợng khí thải
gây hiệu ứng nhà kính; thay vào đó là sử dụng 20 % các nguồn năng lƣợng tái tạo
để sản xuất điện từ nay đến năm 2020. Năng lƣợng tái tạo đƣợc sản xuất và tiêu thụ
mạnh nhất từ 2004 - 2012 ở châu Âu với các quốc gia đi đầu là Thụy Điển, Đan
Mạch và Áo. Pháp cũng ghi nhận đƣợc nỗ lực rất lớn khi từ 2007 - 2014, tỷ lệ năng
lƣợng tái tạo của nƣớc này tăng từ 9,3% lên 13,4%.
Đến đầu năm 2014, thêm 95 quốc gia đang phát triển đã có những chính sách
hỗ trợ năng lƣợng tái tạo tại chỗ - tăng từ 15 quốc gia năm 2005, theo báo cáo toàn
cầu của mạng lƣới chính sách năng lƣợng tái tạo thế kỷ 21 (REN21). 2014 đƣợc coi
là một năm kỷ lục của thế giới trong nỗ lực hƣớng tới sử dụng các nguồn năng
lƣợng sạch với tổng cộng 144 quốc gia đã ban hành các chính sách và mục tiêu
trong lĩnh vực này. Đây cũng là năm năng lƣợng tái tạo chiếm gần một nửa công
suất điện lƣới lắp đặt thêm trên toàn thế giới, đạt 103 Gw, tăng mạnh so với 86 Gw
năm 2013.
Trung Quốc là quốc gia đầu tƣ vào năng lƣợng tái tạo lớn nhất trong năm
2014, với 83,3 triệu USD, tăng 39% so với năm 2013. Các quốc gia nhƣ Brazil, Ấn

2


Độ và Nam Phi nằm trong tốp 10 nƣớc đầu tƣ hàng đầu, với mức đầu tƣ lần lƣợt là

7,6 tỷ USD; 7,4 tỷ USD và 5,5 tỷ USD.
Bên cạnh việc mở rộng lắp đặt hệ thống năng lƣợng mặt trời, Trung Quốc
đang lên kế hoạch sẽ lắp đặt trạm năng lƣợng mặt trời khổng lồ trên quỹ đạo, ở độ
cao 36.000 km so với mặt đất, vào năm 2050. “Tổng diện tích các tấm pin năng
lƣợng Mặt Trời sẽ trải rộng 5-6 km2”, Wang Xiji, một chuyên gia của Viện Khoa
học Trung Quốc cho biết.
Nhật Bản là quốc gia đứng thứ 3 về đầu tƣ cho năng lƣợng xanh với 35,7
triệu USD với những chính sách giảm thuế cho các dự án năng lƣợng tái tạo. Đầu
năm nay, tập đoàn Kyocera của Nhật Bản cho biết sẽ xây dựng một nhà máy dựa
trên 50.000 module thu năng lƣợng mặt trời nổi trên mặt hồ chứa của đập
Yakamura, ƣớc tính tạo ra hơn 15,6 Mwh mỗi năm, đủ cung cấp điện cho trung bình
4.700 hộ gia đình.
Điện mặt trời cũng đóng một vai trò quan trọng trong cam kết của Chính phủ
Ấn Độ nhằm cung cấp điện đầy đủ 24/24 trong ngày trên phạm vi toàn quốc. Năm
2014, công suất điện mặt trời của nƣớc này là 2.500 Mw và đang phấn đấu tăng gấp
đôi trong gian đoạn 2014-2015.
Trong bối cảnh nền kinh tế thế giới còn nhiều bất ổn, tổng đầu tƣ cho năng
lƣợng tái tạo ở các nền kinh tế phát triển chỉ tăng 3% lên 138,9 tỷ USD. Thậm chí,
tính cả việc phát triển mạnh phong điện ngoài khơi thì các khoản đầu tƣ vào năng
lƣợng tái tạo ở châu Âu hầu nhƣ không thay đổi, dừng ở mức 57,5 tỷ USD. Trong
đó, nổi bật là dự án Gemini, trang trại phong điện xa bờ ở ngoài khơi Hà Lan công
suất 600 Mw.
Báo cáo "Xu hƣớng đầu tƣ năng lƣợng tái tạo toàn cầu" của chƣơng trình môi
trƣờng liên hợp quốc (UNEP) công bố ngày 31/3/2015 cho thấy đầu tƣ cho năng
lƣợng tái tạo toàn cầu đã phục hồi mạnh mẽ trong năm 2014, lên tới 270 tỷ USD tăng 17% so với năm trƣớc đó [2].
1.1.2. Tình hình phát triển năng lƣợng tái tạo ở việt nam [3]
Việt Nam là một trong những nƣớc có tiềm năng rất lớn về nguồn năng
lƣợng tái tạo phân bố rộng khắp trên toàn quốc. Ƣớc tính tiềm năng sinh khối từ các

3

sản phẩm hay chất thải nông nghiệp có sản lƣợng khoảng 10 triệu tấn dầu/năm. Khí
sinh học xấp xỉ 10 tỉ m3 năm có thể thu đƣợc từ rác, phân động vật và chất thải nông
nghiệp. Nguồn năng lƣợng mặt trời phong phú với bức xạ nắng trung bình là 5
Kwh/m2/ngày. Bên cạnh đó, với vị trí địa lý hơn 3.400 km đƣờng bờ biển giúp Việt
Nam có tiềm năng rất lớn về năng lƣợng gió ƣớc tính khoảng 500-1000
Kwh/m2/năm. Những nguồn năng lƣợng tái tạo này đƣợc sử dụng sẽ đáp ứng đƣợc
nhu cầu năng lƣợng ngày càng tăng nhanh. Hiện trạng sử dụng và tiềm năng khai
thác năng lƣợng tái tạo của Việt Nam trong những năm qua đƣợc trình bày ở phần
sau.
1.1.2.1. Thủy điện nhỏ
Nhìn vào cơ cấu đóng góp trong ngành điện thì thủy điện vẫn đang chiếm tỷ
trọng rất lớn. Tuy nhiên, sản lƣợng điện từ các nhà máy thủy điện thƣờng không ổn
định vì phụ thuộc rất nhiều vào lƣu lƣợng nƣớc đổ về cũng nhƣ lƣợng nƣớc tích ở
các hồ thủy điện. Với thủy điện nhỏ, thời gian qua đã khai thác khoảng 50% tiềm
năng, các nguồn còn lại ở các vùng sâu, vùng xa, khu vực không thuận lợi, chi phí
khai thác cao. Theo các báo cáo đánh giá gần đây nhất thì hiện nay có trên 1.000 địa
điểm đã đƣợc xác định có tiềm năng phát triển thủy điện nhỏ, qui mô từ 100 Kw tới
30 Mw với tổng công suất đặt trên 7.000 Mw, các vị trí này tập trung chủ yếu ở
vùng núi phía Bắc, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên.
1.1.2.2. Năng lƣợng gió
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 lƣợng 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. Trong chƣơng trình đánh giá về năng lƣợng cho
châu Á, Ngân hàng Thế giới đã có một khảo sát chi tiết về năng lƣợng gió khu vực
Đông Nam Á, trong đó Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất với tổng tiềm năng điện
gió của Việt Nam ƣớc 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.

Tất nhiên, để chuyển từ tiềm năng lý thuyết thành tiềm năng có thể khai thác, đến
tiềm năng kỹ thuật và cuối cùng thành tiềm năng kinh tế là cả một câu chuyện dài,

4


nhƣng điều đó không ngăn cản việc chúng ta xem xét một cách thấu đáo tiềm năng
to lớn về năng lƣợng gió ở Việt Nam.

Hình 1.2 Hình ảnh phát triển năng lƣợng gió
1.1.2.3. Năng lƣợng sinh khối
Với lợi thế một quốc gia nông nghiệp, Việt Nam có nguồn sinh khối lớn và
đa dạng từ gỗ củi, trấu, bã cà phê, rơm rạ và bã mía. Phế phẩm nông nghiệp rất
phong phú dồi dào ở Vùng đồng bằng sông Mê kông, chiếm khoảng 50% tổng sản
lƣợng phế phẩm nông nghiệp toàn quốc và vùng đồng bằng sông Hồng với 15%
tổng sản lƣợng toàn quốc. Hàng năm tại Việt Nam có gần 60 triệu tấn sinh khối từ
phế phẩm nông nghiệp, trong đó 40% đƣợc sử dụng đáp ứng nhu cầu năng lƣợng
cho hộ gia đình và sản xuất điện. Các nguồn sinh khối khác bao gồm sản phẩm từ
gỗ, chất thải đô thị và chất thải gia súc. Các sản phẩm và phế phẩm từ gỗ tại các
công ty sản xuất chế biến gỗ có nguồn gốc từ rừng tự nhiên hoặc rừng trồng và gỗ
nhập khẩu.
Hiện nay, 90% sản lƣợng sinh khối đƣợc dùng để đun nấu trong khi chỉ có
2% đƣợc dùng làm phân bón hữu cơ và phân bón vi sinh (từ nguồn phế phẩm chăn
nuôi trồng trọt, bùn và bã mía từ các nhà máy đƣờng); 0,5% đƣợc sử dụng để trồng
nấm và khoảng 7,5% chƣa đƣợc sử dụng (phế phẩm từ chế biến thức ăn đƣợc chọn

5


trong khi rơm rạ, bã mía và vỏ cà phê thì đƣợc đốt. Sinh khối đƣợc sử dụng ở hai

lĩnh vực chính là sản xuất nhiệt và sản xuất điện. Đối với sản xuất nhiệt, sinh khối
cung cấp hơn 50% tổng năng lƣợng sơ cấp tiêu thụ cho sản xuất nhiệt tại Việt Nam
(IEA, 2006). Tuy nhiên phần đóng góp này của sinh khối đang ngày càng giảm dần
trong những năm gần đây khi các dạng năng lƣợng hiện đại khác nhƣ khí hoá lỏng
LPG đƣợc đƣa vào sử dụng. Ở các vùng nông thôn, năng lƣợng sinh khối vẫn là
nguồn nhiên liệu chính để đun nấu cho hơn 70% dân số nông thôn. Đây cũng là
nguồn nhiên liệu truyền thống cho nhiều nhà máy sản xuất tại địa phƣơng nhƣ sản
xuất thực phẩm, mỹ nghệ, gạch, sứ và gốm.
Bên cạnh việc đáp ứng nhu cầu năng lƣợng, ứng dụng sinh khối phù hợp còn
giúp giảm thiểu phát thải nhà kính, giảm thiểu những tổn hại đến sức khoẻ do việc
đun đốt củi và than, giảm nghèo và cải thiện tình hình vệ sinh.
1.1.2.4. Năng lƣợng mặt trời
Việt Nam đƣợc xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về năng lƣợng mặt
trời, đặc biệt ở các vùng miền trung và miền nam của đất nƣớc, với cƣờng độ bức
xạ mặt trời trung bình khoảng 5 Kwh/m2. Trong khi đó cƣờng độ bức xạ mặt trời lại
thấp hơn ở các vùng phía Bắc, ƣớc tính khoảng 4 Kwh/m2 do điều kiện thời tiết với
trời nhiều mây và mƣa phùn vào mùa đông và mùa xuân. Ở Việt Nam, bức xạ mặt
trời trung bình 230 - 250 Kcal/cm2 theo hƣớng tăng dần về phía Nam chiếm khoảng
2.000 - 5.000 giờ trên năm, với ƣớc tính tiềm năng lý thuyết khoảng 43,9 tỷ TOE.
Năng lƣợng mặt trời ở Việt Nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng
rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nƣớc. Đặc biệt, số ngày nắng trung bình
trên các tỉnh của miền trung và miền nam là khoảng 300 ngày/năm. Năng lƣợng mặt
trời đƣợc khai thác sử dụng chủ yếu cho các mục đích nhƣ: sản xuất điện và cung
cấp nhiệt.

6


S

K

L

0

0

2

1

5

4