thiết kế và tính toán mô phỏng động cơ gió bơm nước

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.69 MB, 101 trang )

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

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN

THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG
ĐỘNG CƠ GIÓ BƠM NƯỚC
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: SV2010 - 58

S KC 0 0 2 8 2 3

Tp. Hồ Chí Minh, 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
****************

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
CẤP SINH VIÊN
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN
MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ GIÓ BƠM NƯỚC
MÃ SỐ: SV2010 – 58

THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : T.S PHAN ĐỨC HUYNH
NGƯỜI CHỦ TRÌ
: LĂNG VĂN VŨ
NGƯỜI THAM GIA
: LÊ ĐẶNG KHƯƠNG DUY
ĐƠN VỊ
: KHOA XD & CHƯD
Tháng 1/2011

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
...........................................................................................................................
TP.HCM, ngày .... tháng .... năm ....
Giáo viên hƣớng dẫn

SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

1

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
...........................................................................................................................
TP.HCM, ngày .... tháng .... năm ....
Giáo viên phản biện

SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

2

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
...........................................................................................................................
TP.HCM, ngày .... tháng .... năm ....

Giáo viên phản biện

SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

3

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG NGHIỆM THU

................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................

hoàn toàn có thể sử dụng nguồn năng lƣợng gió. Và những năm gần đây, khai thác năng
lƣợng gió đang đƣợc nhà nƣớc quan tâm.

Với đề tài “Thiết kế và tính toán mô phỏng động cơ gió bơm nƣớc” , Chúng em đã
thiết kế loại turbine này sao cho tiết kiệm một phần năng lƣợng đang thiếu hụt hiện nay,
đặc biệt là năng lƣợng điện. Đây là một đề tài rất hay, có liên quan thực tế. Tuy nhiên đây
cũng là một đề tài mới vì vậy trong quá trình làm đồ án chúng em không tránh khỏi
những sai sót và hạn chế về kiến thức. Chúng em rất mong nhận đƣợc sự góp ý và đánh
giá của các thầy cô giáo trong bộ môn.

SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

5

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

LỜI TRI ÂN

Trong suốt thời gian học tập tại trƣờng và quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã
nhận đƣợc rất nhiều sự hƣớng dẫn, giúp đỡ tận tình của quý thầy cô trong khoa Xây
Dựng và Cơ Học Ứng dụng, bạn bè và đặc biệt là sự động viên khuyên bảo từ phía gia
đình.
Nhóm xin chân thành cảm ơn đến:
Thầy Phan Đức Huynh: Ngƣời trực tiếp cung cấp tài liệu, hƣớng dẫn chuyên môn,

tiếp cận giúp đỡ tận tình trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Thầy đã tạo điều kiện thuận
lợi để chúng em khai thác hết khả năng của mình để hoàn thành tốt đề tài. Nhóm thành
thật bày tỏ lòng biết ơn đến thầy.
Cảm ơn đến tất cả quý thầy cô trong khoa đã hƣớng dẫn và tạo điều kiện cho chúng
em có cơ hội thƣc hiện đề tài.
Cảm ơn đến toàn thể các bạn sinh viên ngành Cơ Tin – Kỹ Thuật khoá 2006 đã động
viên góp ý để đề tài hoàn thiện và hấp dẫn hơn.

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!

SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

6

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

MỤC LỤC
TÓM TẮT ĐỀ TÀI.................................................................................................................. 10

Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................................ 11
I.

Lý do chọn đề tài................................................................................................................ 11

II. Giới hạn đề tài ...................................................................................................................... 12

Phần 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ ..................................................................................... 12
I. Mục tiêu của đề tài ................................................................................................................. 12
II. Mục đích của đề tài ............................................................................................................... 12
III. Kế hoạch nghiên cứu đề tài ................................................................................................. 13
IV. NỘI DUNG ......................................................................................................................... 13
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƢỢNG GIÓ............................................ 13
1.1 Vai trò năng lƣợng gió ................................................................................................ 13
1.2 Sự phân bố gió ở việt Nam .......................................................................................... 19
1.2.1 Quy luật và đặc điểm chung trong phân bố tốc độ gió trên lãnh thổ Việt Nam.... 19
1.2.2 Phân bố tốc độ gió tại mặt đất trên lãnh thổ ........................................................ 19
1.2.3 Phân bố tốc độ gió trên lãnh thổ tại các độ cao ................................................... 20
1.2.4 Phân bố năng lượng gió trên lãnh thổ Việt Nam .................................................. 22
1.3 Bản đồ phân bố gió ...................................................................................................... 26
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TURBINE GIÓ ........................................................... 29
2.1 Giới thiê ̣u Turbine gió .................................................................................................. 29
2.1.1 Turbine gió trục ngang (HAWT) .......................................................................... 29
2.1.2 Turbine gió trục đứng (VAWTs) .......................................................................... 30
2.2 Ƣu nhƣợc điểm của turbine gió trục ngang và trục dọc............................................... 30
2.2.1 Ưu điểm của turbine gió trục ngang ..................................................................... 30
SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

7

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

2.2.2 Nhược điểm của turbine gió trục ngang ............................................................... 30
2.2.3 Ưu điểm của turbine gió trục dọc ......................................................................... 31
2.2.4 Nhược điểm của turbine gió trục dọc .................................................................... 31
2.3 Hệ thống cơ khí turbine gió ......................................................................................... 31
2.3.1 Khái niệm về năng lượng gió ................................................................................ 31
2.3.2 Cấu tạo turbine gió ............................................................................................... 32
2.4 Khí động học Turbin gió trục ngang ............................................................................ 34
2.4.1 Khái niệm hoạt động thực của rotor ...................................................................... 34
2.4.2 Thuyết động lƣợng và hệ số công suất của rotor .................................................. 34
2.4.3 Số Betz giới hạn .................................................................................................... 36
2.4.4 Lý thuyết phân tố cánh .......................................................................................... 36
2.4.5 Thuyết động lƣợng phân tố cánh (BEM) .............................................................. 38
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ TURBINE GIÓ TRỤC NGANG ................................................. 40
3.1 Tính bán kính cánh quạt rotor ...................................................................................... 40
3.2 Hình học biên dạng cánh (aerofoil geometry) ............................................................. 41
3.3 NACA series ................................................................................................................ 42
3.4 Vẽ biên dạng cánh NACA 4 digits .............................................................................. 44
3.5 Chiều dài dây cung cánh .............................................................................................. 45
3.6. Góc đặt cánh ............................................................................................................... 50
3.7.Mô hiǹ h turbine............................................................................................................ 53
3.8. Lực nâng và công suất ................................................................................................ 56
CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG TURBINE GIÓ TRÊN PHẦN MỀM ANSYS .. 58
4.1 Giới thiệu về phần mềm ANSYS ................................................................................. 58
4.2 Phân tích dòng chảy của gió khi đi qua cánh quạt ....................................................... 58
4.3 Giới thiệu về ANSYS Workbench ............................................................................... 70
SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

8

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

4.4 Tìm hiểu về bền mỏi .................................................................................................... 70
4.4.1 Tìm hiểu chung về mỏi .......................................................................................... 70
4.4.2 Các khái niệm cơ bản ............................................................................................ 71
4.5 Phân tích bền mỏi của cánh quạt dƣới tác động của lực gió ........................................ 72
4.5.1 Áp lực gió tác động lên cánh quạt......................................................................... 72
4.5.2 Phân tích ứng suất bền (Stress_life) của cánh quạt dưới tác động của lực gió.... 73
4.5.3 Phân tích biến dạng bền (Strain_life) của cánh quạt dưới tác động của lực gió . 87
V. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC ....................................................................................................... 96
1. Tính khoa học .................................................................................................................... 96
2. Khả năng triển khai ứng dụng vào thực tế ......................................................................... 96
3. Hiệu quả kinh tế - xã hội ................................................................................................... 96

Phần 3: KẾT LUẬN ............................................................................................................. 97
I. Tổng quan các kết quả thực hiện của đề tài .......................................................................... 97
II. Hƣớng phát triển của đề tài .................................................................................................. 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................ 98

SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

9

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Nhà nƣớc đã xây dựng thêm một số nhà máy cung cấp điện để có thể đáp ứng nhu cầu sử
dụng điện của ngƣời dân. Nhƣng nguồn cung cấp này vẫn chƣa đủ và thực tế là vào mùa nắng
thƣờng hay mất điện làm ảnh hƣởng đến cuộc sống của ngƣời dân vì đa số các nhà máy cung cấp
điện là thuỷ điện.
Trong thực tế, máy bơm nƣớc phục vụ cho đời sống và sản xuất tiêu tốn rất nhiều điện.
Máy bơm nƣớc dùng năng lƣợng gió thì không nhƣ vậy, nó có rất nhiều ƣu điểm, nó sẽ thay thế
máy bơm nƣớc dùng điện và đƣợc ứng dụng rộng rãi khắp nơi nhƣ: khu vực dọc bờ biển, hộ gia
đình, những vùng chƣa có điện. Ngoài ra, nó còn đƣợc ứng dụng tƣới tiêu trong nông nghiệp.
Trƣớc thực tế này, nhóm chúng em đã chọn đề tài : ”Thiết kế và tính toán mô phỏng động cơ
gió bơm nƣớc” nhằm góp phần giúp ích cho nhu cầu sinh hoạt của ngƣời dân, cũng nhƣ giúp ích
cho nhu cầu công nghiệp của xã hội.
Khảo sát sự phân bố gió trên các vùng miền lãnh thổ nƣớc ta, từ các vùng duyên hải Hà Tiên
đến Đồng Nai, hay các dãy núi cao Hoàng Liên Sơn, cao nguyên Tây Nguyên, các đảo Trƣờng
Sa, Phú Quý… chúng em nhận thấy rằng sự phân bố gió trên các vùng miền lãnh thổ nƣớc ta có
tốc độ gió trung bình từ 2 đến trên 4 m/s. Do đó chúng em chọn tốc độ gió định mức là 4 m/s để
tiến hành tính toán.
Chủ yếu dựa vào thuyết động lƣợng và phƣơng trình Becnuli trong môi trƣờng lƣu chất là
không khí, chúng em đúc kết ra đƣợc những công thức quan trọng trong quá trình tính toán thiết
kế có liên quan trực tiếp đến công suất turbine hay các chỉ số lực nâng, lực cản, góc tấn, góc đặt
cánh,… từ đó tiến hành thiết kế cánh quạt turbine dựa vào các thông số đã tính, cánh quạt đƣợc

thiết kế theo biên dạng cánh NACA 4 số với profile NACA 0012 (có bề dày cực đại là 12% so
với chiều dài dây cung cánh), đây là loại profile có tính chất đối xứng, phù hợp với điều kiện chế
tạo ở nƣớc ta.
Sau khi thiết kế cánh quạt turbine, chúng em tiến hành tính toán mô phỏng lƣu chất và mô
phỏng bền mỏi trên phần mềm ANSYS nhằm lấy đƣợc vận tốc gió ngõ ra (trong lƣu chất) 
Tính ra đƣợc công suất cơ học lấy ra từ rotor  Tính ra hiệu suất turbine  So sánh với hiệu
suất thực tế. Và trong tính toán mô phỏng bền mỏi, biết đƣợc ứng suất tập trung cũng nhƣ
chuyển vị ở các vị trí nào trên chi tiết  ảnh hƣởng của chúng đến tuổi bền của chi tiết.
Tính toán tƣơng tác rắn-lỏng đảm bảo tính chất cơ học tốt và độ bền của vật liệu làm cánh
turbine, làm tiền đề cho việc đƣa ra các biện pháp khắc phục nhằm kéo dài tuổi bền của turbine.

SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

10

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
I. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, năng lƣợng đang là chủ đề “nóng” không chỉ trong phạm vi từng Quốc gia mà đã
trở thành vấn đề lớn mà thế giới phải đối mặt. Các nguồn năng lƣợng hoá thạch trên thế giới
đang cạn kiệt dần. Do đó, con ngƣời đã và đang nghiên cứu, ứng dụng các nguồn năng lƣợng tái
tạo để đáp ứng đƣợc nhu cầu thiếu hụt năng lƣợng hiện nay. Ở Việt Nam, hiện tại và tƣơng lai
việc thiếu hụt năng lƣợng ngày càng trầm trọng, tình trạng thiếu hụt điện ngày càng thể hiện rõ

nét và giá điện ngày càng leo thang. Vì thế, việc ứng dụng năng lƣợng gió phục vụ đời sống và
sản xuất là một việc làm rất cấp thiết hiện nay nhằm góp phần tiết kiệm năng lƣợng và bảo vệ
môi trƣờng cho Quốc gia.
Loài ngƣời đã biết sử dụng năng lƣợng gió từ rất lâu, nhƣng ở mức độ hạn chế. Ngày nay
các nƣớc vùng ôn đới và hàn đới đã quan tâm và đã có những thành quả tốt, đặc biệt trong việc
sản xuất ra các máy phát điện gió công suất lớn, để hòa vào hệ thống điện quốc gia.
Trình độ khoa học kỹ thuật ngày nay đã phát triển vƣợt bậc, nhiều loại máy móc đã ra đời
phục vụ tối ƣu cho đời sống con ngƣời, và đa số các loại máy móc này đều sử dụng nguồn năng
lƣợng chính là điện năng. Do đó nhu cầu sử dụng điện của cuộc sống ngày càng tăng cao.
Nhà nƣớc cũng đã xây dựng thêm một số nhà máy cung cấp điện để có thể đáp ứng nhu
cầu sử dụng điện của ngƣời dân. Nhƣng nguồn cung cấp này vẫn chƣa đủ và thực tế là vào mùa
nắng thƣờng hay mất điện làm ảnh hƣởng đến cuộc sống của ngƣời dân vì đa số các nhà máy
cung cấp điện là thuỷ điện.
Trong thực tế, máy bơm nƣớc phục vụ cho đời sống và sản xuất tiêu tốn rất nhiều điện.
Mục đích của đề tài là nghiên cứu và thiết kế máy bơm nƣớc phục vụ cho nhu cầu cuộc sống của
ngƣời dân bằng cách sử dụng năng lƣợng gió. Máy bơm nƣớc dùng năng lƣợng gió có rất nhiều
ƣu điểm, nó sẽ thay thế máy bơm nƣớc dùng điện và đƣợc ứng dụng rộng rãi khắp nơi nhƣ: khu
vực dọc bờ biển, hộ gia đình, những vùng chƣa có điện. Ngoài ra, nó còn đƣợc ứng dụng tƣới
tiêu trong nông nghiệp.
Trƣớc thực tế này, nhóm chúng em đã chọn đề tài :”Thiết kế và tính toán mô phỏng động
cơ gió bơm nƣớc” nhằm góp phần giúp ích cho nhu cầu sinh hoạt của ngƣời dân.
SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

11

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

II. Giới hạn đề tài
Đề tài thiết kế cánh quạt với biên độ góc thích hợp, đồng thời tính toán lực nâng, lực cản của
cánh.
Sử dụng phần mềm ansys để tính toán vận tốc dòng lƣu chất qua cánh quạt trong điều kiện tĩnh.
Sử dụng phần mềm ansys workbench để tính toán bền mỏi của cánh quạt, từ đó tạo đƣợc biểu đồ
biên dạng mỏi trong thời gian tuổi thọ cho phép.

Phần 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
I. Mục tiêu của đề tài
Chúng em chọn đề tài này nhằm nghiên cứu về lƣu chất, ứng dụng phần mềm ansys đề
tính toán vận tốc của dòng lƣu chất khi qua cánh quạt. Bên cạnh đó tính toán các hệ số lực nâng
và lực cản của dòng lƣu chất khi vào cánh quạt. Đây là hai thông số quan trọng trong việc thiết
kế cánh quạt của turbine .
Bên cạnh đó chúng em cũng vận dụng chút ít hiểu biết của mình về bền mỏi nhằm mục
đích tính đƣợc tuổi bền thiết kế, lập đƣợc các biểu đồ mỏi về ứng suất cũng nhƣ biến dạng mỏi
của turbine thông qua các chƣơng trình mô phỏng tính toán.

II. Mục đích của đề tài
Thực hiện nghiên cứu đề tài là cầu nối giữa các kiến thức cơ bản nhƣ: Toán, lý và các
môn ngành cơ học nhằm giúp chúng em ôn tập, hệ thống tìm hiểu những kiến thức sâu rộng đã
học trong suốt quá trình đào tạo tại trƣờng. Bên cạnh đó, đây cũng là phƣơng pháp để chúng em
hình thành đƣợc cách làm việc theo nhóm, cũng nhƣ tự lập, cách giải quyết vấn đề và ứng dụng
những kiến thức đã học để giả quyết vấn đề đó.

SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

12

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

Đồng thời, thực hiện đề tài là yếu tố cần thiết để hoàn tất chƣơng trình học tại trƣờng, đây
là một yếu tố để đánh giá kết quả học tập tại trƣờng sau 4, 5 năm học, và cũng là bƣớc khởi đầu
cho sự nghiệp.

III. Kế hoạch nghiên cứu đề tài
Gồm các bƣớc sau:
1.tập hợp tài liệu nguyên cứu về máy bơm nƣớc dùng năng lƣợng gió, và tính toán sơ bộ chọn
loại turbine phát điện.
2. thiết kế cánh, đuôi hƣớng gió và thiết kế trụ và 1 số chi tiết phụ. Mô phỏng, Tính toán và tối
ƣu hoá các thiết kế (tối ƣu hoá từng bộ phận và tối ƣu hoá toàn bộ máy).
3. Viết sơ bộ báo cáo đề tài nghiên cứu. tính toán mô phỏng dòng lƣu chất khi đi qua cánh quạt,
tính toán mô phỏng bền mỏi: Ứng suất bền và biến dạng bền.
4. Thiết kế các bộ phận chi tiết của turbine trên chƣơng trình đồ họa, tiến hành chạy mô phỏng
lắp ráp và mô phỏng động học.
5. Viết hoàn chỉnh báo cáo đề tài nghiên cứu, tổng hợp kết luận và kiến nghị.
6. Báo cáo nghiên cứu đề tài trƣớc hội đồng NCKH của bộ môn, khoa và của trƣờng.

IV. NỘI DUNG
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƢỢNG GIÓ
1.1 Vai trò năng lƣợng gió
-

Lịch sử về năng lƣợng gió:

Từ 5000 năm trƣớc Thiên chúa(TC), loài ngƣời đã biết vận dụng gió để làm lực đẩy các
tàu trên sông Nile ở Ai Cập. Vào khoảng 200 năm trƣớc TC, ngƣời Trung Hoa đã biết dùng cánh
quạt gió để dẫn thủy nhập điền. Trong lúc đó ngƣời Ba Tƣ và các dân tộc vùng Trung Đông dùng
quạt gió có trục đứng để xay lúa mì và các loại hạt.
Trong thế kỷ 20, năng lƣợng gió đã trải qua nhiều giai đoạn thăng trầm tùy theo tình hình
thế giới cũng nhƣ nguồn cung cấp dầu hỏa hay than đá. Ngay sau khi đệ nhị thế chiến chấm dứt,
giá dầu hỏa sụt giảm mạnh do đó công nghệ gió hầu nhƣ bị ngƣng trệ hoàn toàn. Nhƣng khi
khủng hoảng dầu hỏa nổ ra vào thập niên 70, các turbine gió lại đƣợc chú ý đến và công nghệ
nghiên cứu và phát triển nguồn điện năng nầy lớn mạnh ngay sau đó.

SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

13

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

Và cho đến hôm nay, công nghệ gió đã tiến đến mức độ là giá thành của loại điện năng
nầy tƣơng đƣơng với giá thành của các nguồn điện năng khác nhƣ than đá, khí đốt, v.v... Và đây
cũng là nguồn hy vọng của thế giới trong tƣơng lai trƣớc vấn nạn hâm nóng toàn cầu.
Trên thế giới:
ở các nƣớc trên thế giới ngoài than dá , dầu mỏ dang cạn kiệt dần ngƣời ta bắt dầu tiềm

kiếm nguồn năng lƣợng mới để thay thế , họ bắt đầu chuyển sang nguồn năng lƣợng xanh dó là :
nguồn năng lƣợng mặt trời và năng lƣợng gió .
-

Cuộc chạy đua về năng lƣợng gió trên thế giới
Năm 2005, công suất phong điện toàn cầu tăng 24% (đạt 59.100 MW), nghĩa là tăng gấp
12 lần so với thập kỷ trƣớc, khi đó công suất phong điện chỉ ở mức 5.000 MW. Gió là nguồn
năng lƣợng phát triển nhanh nhất trên thế giới, với tốc độ tăng trƣởng trung bình hàng năm 29%
trong thập kỷ qua; cũng trong thời gian này, than tăng 2,5%/năm, năng lƣợng hạt nhân tăng
1,8%/năm, khí tự nhiên tăng 2,5%/năm và dầu tăng 1,7%/năm.
Ðức là nƣớc sản xuất hơn một phần ba năng lƣợng gió trên toàn thế giới, tiếp theo là Mỹ
và Tây Ban Nha. Cuộc cách mạng năng lƣợng gió ở Ðức bắt đầu năm 1991. Chƣơng trình phát
triển nguồn năng lƣợng tái tạo đƣợc Chính phủ Ðức thông qua và chính thức có hiệu lực từ tháng
4-2000. Hiện nay, ở Ðức có hàng chục công ty khai thác năng lƣợng từ sức gió, đứng đầu là
Công ty Enercon. Hiệp hội Năng lƣợng gió của Ðức cho biết, tới năm 2010, năng lƣợng gió sẽ
bảo đảm cung cấp khoảng 10% nhu cầu điện của nƣớc này. Cơ quan Năng lƣợng Ðức đề ra mục
tiêu đến năm 2015 sản lƣợng điện từ các nguồn năng lƣợng tái tạo chiếm 20% tổng sản lƣợng
điện quốc gia, trong đó 35 nghìn MW điện đƣợc sản xuất từ sức gió.
Ngày 18/8/2007, Công ty Công nghệ Điện sức gió Minh Dƣơng Quảng Đông
(Guangdong Mingyang Wind Power Technology Co., Ltd.) đã xuất xƣởng chiếc máy phát điện
bằng sức gió công suất 1,5 MW. Đây là lần đầu tiên Trung Quốc tự chế tạo đƣợc máy phát điện
bằng sức gió công suất lớn nhƣ vậy và có quyền sở hữu trí tuệ hoàn toàn của Trung Quốc. Sản
phẩm máy phát điện chạy bằng sức gió của công ty đƣợc thiết kế phù hợp với điều kiện khí hậu
Trung Quốc, có khả năng chống đƣợc bão, bão cát và giá lạnh, giá thấp hơn ít nhất 20% so với
giá sản phẩm cùng loại nhập khẩu hoặc sản xuất ở các xí nghiệp có vốn nƣớc ngoài.
- Tình hình ở việt nam:
Tình hình cung - cầu điện năng ở Việt Nam
Tốc độ tăng trƣởng trung bình của sản lƣợng 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 trƣởng GDP của nền kinh
tế. Chiến lƣợc công nghiệp hóa và duy trì tốc độ tăng trƣởng cao để thực hiện “dân giàu, nƣớc

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 đƣợc 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.
SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

14

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

Việc ƣớc lƣợng nhu cầu về điện không hề đơn giản, bởi vì nhu cầu về điện là nhu cầu dẫn
xuất. Chẳng hạn nhƣ nhu cầu về điện sinh hoạt tăng cao trong mùa hè là do các hộ gia đình có
nhu cầu điều hòa không khí, đá và nƣớc mát. Tƣơng tự nhƣ vậy, các công ty sản xuất cần điện là
do điện có thể đƣợc kết hợp với các yếu tố đầu vào khác (nhƣ lao động, nguyên vật liệu v.v.) để
sản xuất ra các sản phẩm cuối cùng. Nói cách khác, chúng ta không thể ƣớc lƣợng nhu cầu về
điện một cách trực tiếp mà phải thực hiện một cách gián tiếp thông qua việc ƣớc lƣợng nhu cầu
của các sản phẩm cuối cùng. Nhu cầu này, đến lƣợt nó, lại phụ thuộc vào nhiều biến số kinh tế
và xã hội khác. Bảng dƣới đây cung cấp dữ liệu lịch sử của một số biến số ảnh hƣởng tới nhu cầu
về điện ở Việt Nam trong những năm qua.
Một cách khác để nhìn vào khía cạnh cầu về điện năng là phân tách tổng cầu về điện theo
các ngành kinh tế (Hình 1). Ta thấy số liệu ở Bảng 1 và Hình 1 tƣơng thích với nhau. Nhu cầu về
điện năng trong công nghiệp và sinh hoạt/ hành chính chiếm tỷ trọng chủ yếu trong tổng nhu cầu.
Năm 2005, điện phục vụ tiêu dùng và công nghiệp chiếm tỷ trọng rất lớn, lần lƣợt là 43,81% và
45,91%, trong khi 11% còn lại dành cho nông nghiệp và các nhu cầu khác. Nhu cầu điện của khu

vực công nghiệp tăng cao là hệ quả trực tiếp của chủ trƣơng công nghiệp hóa, hiện đại hóa nền
kinh tế, mà một biểu hiện của nó là tốc độ tăng trƣởng giá trị SXCN trung bình trong hơn 10 năm
qua đạt mức khá cao là 10,5%. Còn ở khu vực tiêu dùng, cùng với mức tăng dân số, tốc độ đô thị
hóa khá cao, và gia tăng thu nhập của ngƣời dân, nhu cầu về điện tiêu dùng cũng tăng với tốc độ
rất cao. Kết quả là nhu cầu về điện của toàn nền kinh tế tăng trung bình gần 13%/năm, và tốc độ
tăng của mấy năm trở lại đây thậm chí còn cao hơn mức trung bình. Theo dự báo, tốc độ tăng
chóng mặt này sẽ còn tiếp tục đƣợc duy trì trong nhiều năm tới. Đây thực sự là một thách thức to
lớn, buộc ngành điện phải phát triển vƣợt bậc để có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu phát triển kinh tế
của đất nƣớc.
Bây giờ hãy thử kết hợp những dự báo về nhu cầu điện năng của nền kinh tế với năng lực
cung ứng của ngành điện. Nếu tốc độ phát triển nhu cầu về điện tiếp tục duy trì ở mức rất cao 1415%/năm nhƣ 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 Tổng Công ty Điện lực Việt Nam, nếu tốc độ tăng
trƣởng GDP trung bình tiếp tục đƣợc 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 lƣợng điện nội địa của chúng ta
cũng chỉ đạt mức tƣơng 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 Tổng Công ty 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 nƣớc, hoặc
là hoạt động sản xuất của nền kinh tế sẽ rơi vào đình trệ, còn đời sống của ngƣời dân sẽ bị ảnh
hƣởng nghiêm trọng.
Không phải đợi đến năm 2010 hay 2020, ngay trong thời điểm hiện tại chúng ta cũng đã
đƣợc “nếm mùi” thiếu điện. Năm 2005, lần đầu tiên sau nhiều năm trở lại đây, ngƣời dân ở hai
trung tâm chính trị và kinh tế của đất nƣớc chịu cảnh cắt điện luôn phiên gây nhiều khó khăn cho
sinh hoạt và ảnh hƣởng tiêu cực đến đời sống kinh tế.
Một số lựa chọn chính sách của Việt Nam

SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

15

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

Đứng trƣớc thách thức thiếu hụt điện (không nằm ngoài xu thế chung của toàn cầu),
chúng ta cần cân nhắc những biện pháp ứng xử thích hợp. Trong ngắn hạn, việc tiết kiệm điện
trong các hoạt động sản suất và sinh hoạt đóng vai trò hết sức quan trọng. Bên cạnh đó, cũng có
thể xem xét phƣơng án tăng giá điện nhƣ đề xuất hiện nay của Bộ Công nghiệp. Việc tăng giá
điện một mặt có tác dụng điều chỉnh mức cầu về điện năng, mặt khác giúp tăng tích lũy để mở
rộng đầu tƣ cho ngành điện. Tuy nhiên, vì việc tăng giá điện sẽ ảnh hƣởng trực tiếp đến đời sống
của quảng đại nhân dân và của hoạt động sản xuất kinh doanh nên giải pháp tăng giá điện cần
đƣợc cân nhắc một cách thận trọng. Phƣơng án tăng giá điện phải tính đến tính công bằng giữa
các nhóm dân cƣ có mức thu nhập khác nhau, trong đó cần hạn chế đến mức độ tối đa tác động
tiêu cực đối với các nhóm dân cƣ có thu nhập thấp. Bên cạnh đó, cũng phải lƣu ý rằng điện là
một yếu tố đầu vào thiết yếu của hoạt động sản xuất, kinh doanh. Vì vậy, việc tăng giá điện sẽ có
thể ảnh hƣởng tới mức lạm phát vốn đã xấp xỉ ngƣỡng 2 con số. Không những thế, nếu nhìn sang
các nƣớc xung quanh thì thấy ngay với mức giá hiện tại, giá điện của Việt Nam đã cao hơn một
số nƣớc trong khu vực nhƣ Trung Quốc, Thái-lan, In-đô-nê-xia, và Ma-lay-xia. Nhƣ vậy, việc
tăng thêm giá điện 10-15% trong năm nay và những năm kế tiếp sẽ ảnh hƣởng tiêu cực tới năng
lực cạnh tranh của nền kinh tế vốn đã bị giảm liên tục trong mấy năm trở lại đây.
Trong trung hạn và dài hạn, Việt Nam cần có chiến lƣợc đảm bảo an ninh năng lƣợng
bằng cách một mặt mở rộng khai thác những nguồn năng lƣợng truyền thống; mặt khác, thậm chí
còn quan trọng hơn, phát triển các nguồn năng lƣợng mới, đặc biệt là các nguồn năng lƣợng sạch
và có khả năng tái tạo. Khả năng này phụ thuộc rất nhiều vào những phát triển của công nghệ
trong tƣơng lai cũng nhƣ vào mức giá tƣơng đối của các nguồn năng lƣợng khác nhau. Cho đến

thời điểm này, chúng ta mới chú trọng đến phƣơng án thứ nhất, tức là tiếp tục khai thác các
nguồn năng lƣợng truyền thống, chủ yếu là thủy điện. Về kế hoạch phát triển nguồn năng lƣợng
mới, ngày 3/1/2006 vừa qua, Thủ tƣớng Chính phủ đã phê duyệt Chiến lược ứng dụng năng
lượng nguyên tử vì mục đích hoà bình tới năm 2020. Theo dự báo của Viện Năng lƣợng Nguyên
tử Quốc gia thì vào năm 2020, nếu theo đúng tiến độ thì công suất điện hạt nhân sẽ đạt mức 2000
MW, bằng 7% tổng công suất. Cũng theo dự báo này, khi ấy nhiệt điện khí sẽ chiếm tỷ trọng lớn
nhất (38%), sau đó là đến thủy điện (29%), nhiệt điện than (17%) và nhập khẩu (9%).
Chúng tôi tập trung phân tích tiềm năng của một dạng năng lƣợng tái tạo và sạch ở Việt
Nam, đó là năng lƣợng gió. Phần này không có tham vọng trình bày một cách tổng quan hay đầy
đủ mọi khía cạnh của việc phát triển năng lƣợng gió, mà chỉ nhằm góp thêm một lời bàn về khả
năng phát triển năng lƣợng gió nhằm đa dạng hóa nguồn cung cấp năng lƣợng, đồng thời đáp
ứng đƣợc yêu cầu về bảo vệ môi trƣờng và phát triển năng lƣợng bền vững cho Việt Nam. Một
điều đáng lƣu ý là trong hàng loạt giải pháp phát triển nguồn điện để đáp ứng nhu cầu phát triển
kinh tế (nhƣ nhập khẩu điện, phát triển thủy điện, hay điện hạt nhân), dƣờng nhƣ Việt Nam còn
bỏ quên điện gió, một nguồn điện mà trong mấy năm trở lại đây có tốc độ phát triển cao nhất trên
thị trƣờng điện thế giới, hơn nữa giá thành ngày càng rẻ và rất thân thiện với môi trƣờng.
Những lợi ích về môi trƣờng và xã hội của điện gió
Năng lƣợng gió đƣợc đánh giá là thân thiện nhất với môi trƣờng và ít gây ảnh hƣởng xấu
về mặt xã hội. Để xây dựng một nhà máy thủy điện lớn cần phải nghiên cứu kỹ lƣỡng các rủi ro
có thể xảy ra với đập nƣớc. Ngoài ra, việc di dân cũng nhƣ việc mất các vùng đất canh tác truyền
thống sẽ đặt gánh nặng lên vai những ngƣời dân xung quanh khu vực đặt nhà máy, và đây cũng
SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

16

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

là bài toán khó đối với các nhà hoạch định chính sách. Hơn nữa, các khu vực để có thể quy hoạch
các đập nƣớc tại Việt Nam cũng không còn nhiều.
Song hành với các nhà máy điện hạt nhân là nguy cơ gây ảnh hƣởng lâu dài đến cuộc
sống của ngƣời dân xung quanh nhà máy. Các bài học về rò rỉ hạt nhân cộng thêm chi phí đầu tƣ
cho công nghệ, kĩ thuật quá lớn khiến càng ngày càng có nhiều sự ngần ngại khi sử dụng loại
năng lƣợng này.
Các nhà máy điện chạy nhiên liệu hóa thạch thì luôn là những thủ phạm gây ô nhiễm
nặng nề, ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng và sức khỏe ngƣời dân. Hơn thế nguồn nhiên liệu này
kém ổn định và giá có xu thế ngày một tăng cao.
Khi tính đầy đủ cả các chi phí ngoài – là những chi phí phát sinh bên cạnh những chi phí
sản xuất truyền thống, thì lợi ích của việc sử dụng năng lƣợng gió càng trở nên rõ rệt. So với các
nguồn năng lƣợng gây ô nhiễm (ví dụ nhƣ ở nhà máy nhiệt điện Ninh Bình) hay phải di dời quy
mô lớn (các nhà máy thủy điện lớn), khi sử dụng năng lƣợng gió, ngƣời dân không phải chịu
thiệt hại do thất thu hoa mầu hay tái định cƣ, và họ cũng không phải chịu thêm chi phí y tế và
chăm sóc sức khỏe do ô nhiễm.
Ngoài ra với đặc trƣng phân tán và nằm sát khu dân cƣ, năng lƣợng gió giúp tiết kiệm chi
phí truyền tải. Hơn nữa, việc phát triển năng lƣợng gió ở cần một lực lƣợng lao động là các kỹ sƣ
kỹ thuật vận hành và giám sát lớn hơn các loại hình khác, vì vậy giúp tạo thêm nhiều việc làm
với kỹ năng cao.
Tại các nƣớc Châu Âu, các nhà máy điện gió không cần đầu tƣ vào đất đai để xây dựng
các trạm tourbin mà thuê ngay đất của nông dân. Giá thuê đất (khoảng 20% giá thành vận hành
thƣờng xuyên) giúp mang lại một nguồn thu nhập ổn định cho nông dân, trong khi diện tích canh
tác bị ảnh hƣởng không nhiều.
Cuối cùng, năng lƣợng gió giúp đa dạng hóa các nguồn năng lƣợng, là một điều kiện
quan trọng để tránh phụ thuộc vào một hay một số ít nguồn năng lƣợng chủ yếu; và chính điều
này giúp phân tán rủi ro và tăng cƣờng an ninh năng lƣợng.
Tiềm năng điện gió của Việt Nam

Nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam có một thuận lợi cơ
bản để phát triển năng 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 có Việt Nam. Nhƣ vậy Ngân
hàng Thế giới đã làm hộ Việt Nam một việc quan trọng, trong khi Việt Nam còn chƣa có nghiên
cứu nào đáng kể. Theo tính toán của nghiên cứu này, trong bốn nƣớc đƣợc khảo sát thì Việt Nam
có tiềm năng gió lớn nhất và hơn hẳn các quốc gia lân cận là Thái Lan, Lào và Campuchia.
Trong khi Việt Nam có tới 8,6% diện tích lãnh thổ đƣợc đánh giá có tiềm năng từ “tốt“ đến “rất
tốt“ để xây dựng các trạm điện gió cỡ lớn thì diện tích này ở Campuchia là 0,2%, ở Lào là 2,9%,
SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

17

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

và ở Thái-lan cũng chỉ là 0,2%. Tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ƣớc đạt 514.360 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; 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.
Nếu xét tiêu chuẩn để xây dựng các trạm điện gió cỡ nhỏ phục vụ cho phát triển kinh tế ở những
khu vực khó khăn thì Việt Nam có đến 41% diện tích nông thôn có thể phát triển điện gió loại

nhỏ. Nếu so sánh con số này với các nƣớc láng giềng thì Campuchia có 6%, Lào có 13% và Thái
Lan là 9% diện tích nông thôn có thể phát triển năng lƣợng gió. Đây quả thật là một ƣu đãi dành
cho Việt Nam mà chúng ta còn thờ ơ chƣa nghĩ đến cách tận dụng.
Đề xuất một khu vực xây dựng điện gió cho Việt Nam
Ở Việt Nam, các khu vực có thể phát triển năng lƣợng gió không trải đều trên toàn bộ
lãnh thổ. Với ảnh hƣởng của gió mùa thì chế độ gió cũng khác nhau. Nếu 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 phần phía nam đèo Hải Vân, mùa gió mạnh
trùng với mùa gió tây nam, và các vùng tiềm năng nhất thuộc cao nguyên Tây Nguyên, các tỉnh
ven biển đồng bằng sông Cửu Long, và đặc biệt là khu vực ven biển của hai tỉnh Bình Thuận,
Ninh Thuận.
Theo nghiên cứu của NHTG, trên lãnh thổ Việt Nam, hai vùng giàu tiềm năng nhất để
phát triển năng lƣợng gió là Sơn Hải (Ninh Thuận) và vùng đồi cát ở độ cao 60-100m phía tây
Hàm Tiến đến Mũi Né (Bình Thuận). Gió vùng này không những có vận tốc trung bình lớn, còn
có một thuận lợi là số lƣợng các cơn bão khu vực ít và gió có xu thế ổn định là những điều kiện
rất thuận lợi để phát triển năng lƣợng gió. Trong những tháng có gió mùa, tỷ lệ gió nam và đông
nam lên đến 98% với vận tốc trung bình 6-7 m/s tức là vận tốc có thể xây dựng các trạm điện gió
công suất 3 - 3,5 MW. Thực tế là ngƣời dân khu vực Ninh Thuận cũng đã tự chế tạo một số máy
phát điện gió cỡ nhỏ nhằm mục đích thắp sáng. Ở cả hai khu vực này dân cƣ thƣa thớt, thời tiết
khô nóng, khắc nghiệt, và là những vùng dân tộc đặc biệt khó khăn của Việt Nam.
Mặc dù có nhiều thuận lợi nhƣ đã nêu trên, nhƣng khi nói đến năng lƣợng gió, chúng ta
cần phải lƣu ý một số đặc điểm riêng để có thể phát triển nó một cách có hiệu quả nhất. Nhƣợc
điểm lớn nhất của năng lƣợng gió là sự phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và chế độ gió. Vì vậy
khi thiết kế, cần nghiên cứu hết sức nghiêm túc chế độ gió, địa hình cũng nhƣ loại gió không có
các dòng rối vốn ảnh hƣởng không tốt đến máy phát. Cũng vì lý do phụ thuộc trên, năng lƣợng
gió tuy ngày càng hữu dụng nhƣng không thể là loại năng lƣợng chủ lực. Tuy nhiên, khả năng
kết hợp giữa điện gió và thủy điện tích năng lại mở ra cơ hội cho chúng ta phát triển năng lƣợng
ở các khu vực nhƣ Tây Nguyên vốn có lợi thế ở cả hai loại hình này. Một điểm cần lƣu ý nữa là
các trạm điện gió sẽ gây ô nhiễm tiếng ồn trong khi vận hành cũng nhƣ phá vỡ cảnh quan tự
nhiên và có thể ảnh hƣởng đến tín hiệu của các sóng vô tuyến. Do đó, khi xây dựng các khu điện

gió cần tính toán khoảng cách hợp lý đến các khu dân cƣ, khu du lịch để không gây những tác
động tiêu cực.

SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

18

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

1.2 Sự phân bố gió ở việt Nam
1.2.1 Quy luật và đặc điểm chung trong phân bố tốc độ gió trên lãnh thổ Việt Nam
Hai nhân tố chính ảnh hƣởng đến sự phân bố tốc độ gió là hoàn lƣu và địa hình.
a. Chế độ gió mùa trên lãnh thổ Việt Nam
b. Đặc điểm địa hình của lãnh thổ Việt Nam.
Tốc độ gió phân bố theo quy luật càng lên cao gió thổi càng mạnh. Ở các vùng núi thì tại
sƣờn đón gió, gió có tốc độ mạnh; ngƣợc lại phía sƣờn khuất gió yếu. Trong các thung lũng hẹp
và lòng chảo trũng gió rất yếu. Tuy nhiên các thung lũng sông có hƣớng song song với hƣớng
gió thịnh hành lại là nơi hút gió. Trên các đèo vắt qua các khối núi lớn thƣờng là con đƣờng
thuận lợi cho gió lùa qua.
Ngoài khơi gió thổi mạnh và giảm dần khi vào đất liền. Bờ biển và duyên hải là nơi trực tiếp đón
gió từ biển thổi vào. Tuy nhiên cƣờng độ gió ở mỗi nơi còn tuỳ thuộc hƣớng của bờ biển đối với
hƣớng gió thịnh hành và hình thế địa hình của vùng đất liền kế tiếp phía trong.
Trên các hải đảo phía Đông lãnh thổ, gió thổi rất mạnh. Tại các đảo phía Nam do gần
xích đạo gió thổi có tốc độ nhỏ rõ rệt so với các đảo phía Đông.

1.2.2 Phân bố tốc độ gió tại mặt đất trên lãnh thổ
Số liệu quan trắc trong 10 năm gần đây cho thấy tốc độ gió ở Việt Nam nhỏ (xem hình
1a). Trên phần lớn lãnh thổ tốc độ trung bình năm không vƣợt quá 3m/s. Vùng núi phía Bắc Bắc
Bộ có tốc độ gió không mạnh. Trên các núi cao gần biên giới gió trung bình trong năm chỉ 2 ÷
3m/s. Các vùng núi thấp và trung du Bắc Bộ gió chỉ dƣới 2m/s. Lạng Sơn là nơi có gió khá nhất
so với các vùng núi thấp khác của Bắc Bộ.
Vùng Tây Bắc Bắc Bộ gió rất yếu. Trong các thung lũng và lòng chảo gió chƣa tới 1m/s.
Tuy nhiên, tại khu vực này có nhiều vị trí trên các đèo cao hoặc ở những nơi thấp hơn giữa các
dãy núi xuất hiện gió địa hình có tốc độ đáng kể. Gió trên các núi cao của Hoàng Liên Sơn rất
mạnh, trung bình năm có thể tới 4 ÷ 5m/s, nhất là tại các triền phía Đông của dãy núi này.
Ở đồng bằng Bắc Bộ, phần tiếp giáp với trung du phía Bắc, gió yếu. Chỉ ở Đông Nam
châu thổ gió mới có tốc độ khá hơn, gió mạnh dần từ đất liền ra biển. Trên dải duyên hải đồng
bằng Bắc Bộ và các địa điểm nằm sát bờ biển phía Nam tỉnh Quảng Ninh, Thái Bình và Hải
Phòng, gió trung bình năm trên 3m/s.
Trên dải duyên hải rất hẹp nằm sát biển Trung Bộ, tốc độ gió trung bình năm trên 2m/s. Phía Tây
dải duyên hải này là vùng núi thấp của dãy Trƣờng Sơn, xen kẽ với núi là các khoảng đất thấp có
tốc độ gió rất yếu. Nằm sát biên giới Việt Lào có nhiều núi cao, tốc độ gió trung bình ở đây trên
2m/s, trên các dải cao có thể tới 3 ÷ 4m/s.
SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

19

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

Tây Nguyên là vùng có tốc độ gió khả quan nhất trên lãnh thổ. Vùng có tốc độ trên 2,5m/s khá
rộng, nhiều nơi tốc độ gió trên 3m/s, trên các núi cao có thể vƣợt 4m/s.
Vùng núi và cao nguyên Tây Nguyên chịu ảnh hƣởng của gió mùa Đông Bắc nhiều hơn gió mùa
Tây Nam, đặc biệt ở sƣờn phía Đông. Ngƣợc lại, ở các nơi thấp trong vùng này lại chịu ảnh
hƣởng của gió mùa Tây Nam nhiều hơn gió mùa Đông Bắc nhất là tại những nơi nằm lùi về phía
Tây. Vùng đất thấp phía Tây Tây Nguyên giáp Cămpuchia gió rất yếu, tốc độ trung bình năm
dƣới 2m/s. Ngoài ra, ở một số nơi trong vùng núi Tây Nguyên có gió địa hình với tốc độ đáng
kể. Vùng duyên hải từ Tuy Hoà đến Phan Thiết có tốc độ gió rất khả quan đặc biệt trên các mũi
đất lan ra biển nhƣ mũi Cà Ná, mũi Né... Ở vùng này, gió trong mùa lạnh lớn vƣợt trội so với gió
trong mùa nóng.
Ở đồng bằng Nam Bộ, tốc độ gió trung bình năm trên 2m/s xuất hiện trên dải đất khá rộng bao
quanh phía Đông và phía Tây. Tốc độ gió trên 3m/s chỉ có trên dải duyên hải hẹp nằm sát biển.
Vào sâu trong đất liền gió yếu, tốc độ trung bình năm chỉ 1,5 ÷ 2,0m/s. Phía Đông Nam Bộ có
tốc độ khả quan rõ rệt trong mùa gió Đông Bắc. Ngƣợc lại vùng Tây Nam Bộ là nơi trực tiếp đón
gió mùa Tây Nam.
Trên các hải đảo càng xa đất liền gió càng mạnh. Tại các đảo xa bờ phía Đông lãnh thổ gió rất
mạnh. Tốc độ gió trung bình năm ở Bạch Long Vĩ là 6,3m/s, Trƣờng Sa 5,8m/s, Phú Quý 5,1m/s.
Các đảo phía Nam lãnh thổ gió yếu hơn hẳn. Trung bình năm tại Côn Đảo và Phú Quốc chỉ
2,7m/s.
1.2.3 Phân bố tốc độ gió trên lãnh thổ tại các độ cao
a) Phân bố của tốc độ gió trên lãnh thổ tại độ cao 20m trên mặt đất
So với độ cao trên 10m tốc độ gió ở độ cao 20m có độ tăng Δ V từ 0,2 đến 0,8m/s.
Với độ tăng nhƣ trên, tốc độ gió ở độ cao 20m khả quan hơn ở 10m rõ rệt (xem hình 1b). Tại độ
cao 20m gió trung bình năm dƣới 2m/s chỉ còn ở vùng núi thấp và trung du. Trên đại bộ phận
lãnh thổ, tốc độ gió trung bình năm đều trên 2m/s. Nhiều nơi có tốc độ gió trung bình trên 3m/s.
Tốc độ gió trung bình năm trên 4m/s vẫn khá hiếm, chỉ xuất hiện trên các núi thật cao của dãy
Hoàng Liên Sơn và núi Tây Nguyên. Trên các hải đảo, trừ các đảo nằm sát bờ và các đảo phía
Nam lãnh thổ, tốc độ gió trung bình năm đều trên 4m/s và có thể tới 6 ÷ 7m/s.
Trong nửa năm mùa lạnh, những vùng chịu ảnh hƣởng mạnh của gió mùa Đông Bắc có tốc độ
gió trung bình cao hơn trung bình năm nhƣ khu vực Đông Lạng Sơn, sƣờn phía Đông của các

dãy núi cao, đặc biệt là vùng núi và cao nguyên Tây Nguyên và vùng duyên hải Nam Trung Bộ
và Nam Bộ từ Tuy Hoà đến Cà Mau. Ngƣợc lại, trong nửa năm mùa nóng khu vực tây nam lãnh
thổ và các nơi thấp trong vùng núi Tây Nguyên gió trung bình lớn hơn trung bình năm, đặc biệt
tại duyên hải từ Hà Tiên đến Cà Mau gió trung bình mùa này đạt tới gần 5m/s.
b) Phân bố tốc độ gió trên lãnh thổ tại độ cao 40m trên mặt đất
SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

20

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

Càng lên cao gió càng tăng chậm nên độ tăng của tốc độ gió từ độ cao 20m lên 40m chỉ xấp xỉ
bằng độ tăng từ 10m lên 20m.
Tại độ cao này, tốc độ trung bình năm ở hầu hết các vùng núi thấp trên lãnh thổ vẫn không vƣợt
quá đƣợc 3m/s (xem hình 1c). Các vùng trên lãnh thổ có tốc độ gió trung bình năm lớn hơn 3m/s
là phần phía Đông tỉnh Lạng Sơn, khu vực núi Hoàng Liên Sơn, phần lớn đồng bằng Bắc Bộ tiếp
giáp với duyên hải, dải hẹp bờ biển Trung Bộ từ Nghệ An đến Bình Định, vùng núi biên giới
phía Tây Trung Bộ, cao nguyên Tây Nguyên nối liền bờ biển Ninh Thuận, Bình Thuận và dải đất
khá rộng bao phía Đông và phía Tây đồng bằng Nam Bộ. Những nơi có tốc độ gió trung bình
trên 4m/s là dải biên giới phía Đông tỉnh Lạng Sơn, trên các núi cao của Hoàng Liên Sơn, ven
biển Bắc Bộ, núi cao Tây Nguyên, duyên hải các tỉnh Nam Trung Bộ nối liền với vùng núi cao
của Tây Nguyên, duyên hải tỉnh Đồng Nai, đặc biệt là suốt dải bờ biển bao quanh phía Đông và
phía Tây đồng bằng Nam Bộ.
Gió trung bình năm trên các hải đảo gần bờ khoảng 4 ÷ 5m/s, hải đảo xa bờ có thể đạt tới 7 ÷

8m/s, riêng các đảo phía Nam lãnh thổ không vƣợt quá 4m/s.
c) Phân bố tốc độ gió trên lãnh thổ tại độ cao 60m trên mặt đất
Từ độ cao 40m lên 60m gió tăng chậm rõ rệt so với các mức thấp hơn. Độ tăng V từ 0,1 đến
0,3m/s. Δ
So với độ cao 40m thì các vùng có tốc độ nhỏ thu hẹp lại, các vùng có tốc độ lớn đƣợc mở rộng
ra (xem hình 1d). Tuy nhiên ở độ cao này trên khoảng nửa diện tích lãnh thổ gió trung bình năm
vẫn không vƣợt quá 3m/s. Vùng có tốc độ gió trung bình năm trên 4m/s là duyên hải Bắc Bộ,
biên giới Đông Bắc Lạng Sơn, duyên hải tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận và Đồng Nai, trên các
núi cao Hoàng Liên Sơn và Tây Nguyên, đặc biệt là trên dải duyên hải khá rộng bao phía Đông
và phía Tây đồng bằng Nam Bộ.
Trên các hải đảo gần bờ, tốc độ gió trung bình năm gần 5m/s. Các hải đảo xa bờ, tốc độ gió trung
bình năm 7 ÷ 8m/s và có thể cao hơn. Tại các đảo phía Nam lãnh thổ, tốc độ gió không quá 4m/s.
Tại nhiều vùng trên lãnh thổ, ảnh hƣởng của gió Đông Bắc lớn hơn ảnh hƣởng của gió Tây Nam
(hoặc Đông Nam). Ở những nơi này, tốc độ gió trung bình trong mùa lạnh lớn hơn mùa nóng.
Những vùng mà gió mùa lạnh có ƣu thế vƣợt trội hẳn gió mùa nóng là vùng duyên hải Phú Yên,
Khánh Hoà, nhiều khu vực trên cao nguyên Tây Nguyên, biên giới đông bắc Lạng Sơn.
Ngƣợc lại, tại vùng Tây Nam lãnh thổ và những vị trí thấp trong vùng núi Tây Nguyên gió mùa
nóng mạnh vƣợt trội gió mùa lạnh.
Sự chênh lệch của tốc độ gió giữa hai mùa càng lên cao càng lớn. Nhìn chung trên phần lớn lãnh
thổ gió trong mùa lạnh có tốc độ khả quan hơn mùa nóng.

SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

21

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

1.2.4 Phân bố năng lượng gió trên lãnh thổ Việt Nam
Để đánh giá tài nguyên năng lƣợng gió, đã nghiên cứu sự phân bố tổng năng lƣợng gió cả năm
và hai mùa (nóng, lạnh) trên toàn lãnh thổ tại các mức độ cao đã nêu.
a) Tiềm năng năng lượng gió tại mặt đất
Ở mặt đất, tiềm năng năng lƣợng gió của Việt Nam nhìn chung nhỏ. Trên phần lớn lãnh thổ tổng
năng lƣợng gió cả năm không vƣợt quá 200Kwh/m2. Chỉ trên các hải đảo, các vị trí nằm sát biển
và trên các núi cao mới có tiềm năng khả quan.
Khu vực Bắc Bộ, nơi có tiềm năng đáng kể là duyên hải từ Cẩm Phả đến Ninh Bình và phần
đồng bằng tiếp giáp với duyên hải này. Nhiều vị trí nằm sát biển của các tỉnh thuộc đồng bằng
Bắc Bộ, tổng năng lƣợng năm có thể đạt tới 500Kwh/m2. Một số nơi trên dãy núi cao Hoàng
Liên Sơn, tổng năng lƣợng năm lớn hơn 500Kwh/m2. Tại vùng núi phía Đông Lạng Sơn, năng
lƣợng do gió mang lại rất phong phú. Ngoài ra, trên các núi cao biên giới phía Bắc và vùng núi
cao nguyên Mộc Châu gió cũng có tiềm năng đáng kể (xem hình 2a).
Ở nửa phía Bắc Trung Bộ, tiềm năng khá nghèo. Chỉ có dải duyên hải hẹp của Hà Tĩnh,
các tỉnh vùng Bình Trị Thiên và núi cao trên dãy Trƣờng Sơn mới có tiềm năng khá hơn. Tuy
nhiên cũng chỉ ở mức 300 đến 400Kwh/m2. Phần lớn diện tích của nửa phía Nam Trung Bộ là
vùng núi và cao nguyên Tây Nguyên. Đây là vùng có tiềm năng khả quan rộng lớn nhất trên lãnh
thổ; trừ vùng đất thấp phía Tây giáp Campuchia và vùng núi thấp phía Đông thuộc các tỉnh
Quảng Ngãi, Bình Định có tiềm năng nhỏ, các nơi khác có tiềm năng khá phong phú; đặc biệt là
vùng núi phía Đông Nam nối tiếp với biển (thuộc các tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận và Đồng
Nai) có nhiều nơi tổng năng lƣợng năm đạt tới 500Kwh/m2.
Duyên hải Nam Bộ có tiềm năng phong phú. Đặc biệt là duyên hải phía Tây từ Hà Tiên
đến mũi Cà Mau, nơi chịu ảnh hƣởng trực tiếp của gió mùa Tây Nam, trong thời kỳ nóng có
năng lƣợng gió rất lớn. Phần đồng bằng Nam Bộ nằm sâu trong đất liền có tiềm năng nhỏ.
Trên các hải đảo phía Đông lãnh thổ, tổng năng lƣợng gió năm từ 700Kwh/m2 tại các hải
đảo gần bờ, tăng dần khi càng ra xa bờ. Tại đảo Trƣờng Sa là 2058Kwh/m2 và Bạch Long Vĩ là
3064Kwh/m2. Trên các dảo phía Nam lãnh thổ tiềm năng nhỏ hẳn, tại Côn Đảo là 302Kwh/m2

và Phú Quốc là 440Kwh/m2.
b) Tiềm năng năng lượng gió tại các độ cao
Mức độ tăng của tốc độ gió, do đó mức độ tăng của năng lƣợng gió theo độ cao phụ
thuộc vào độ gồ ghề mặt đệm. Độ gồ ghề mặt đệm càng lớn hay địa điểm càng bị che chắn nhiều
thì độ tăng của năng lƣợng gió theo độ cao càng lớn.
Căn cứ trên số liệu tính toán cho 150 trạm trong mạng lƣới khí tƣợng toàn quốc có thể
xác định các loại hình chủ yếu phụ thuộc vào tính chất địa hình và vị trí địa lý nhƣ sau:
-Loại hình 1: các nơi thấp trong vùng núi có độ chia cắt lớn.
SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

22

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ TURBINE GIÓ

GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH

-Loại hình 2: Trung du và các vị trí tƣơng đối thoáng trong các vùng núi.
-Loại hình 3: Đồng bằng
-Loại hình 4: Cao nguyên và các vị trí cao ít bị che chắn trong các vùng núi
-Loại hình 5: Duyên hải
-Loại hình 6: Hải đảo.
Độ lớn của năng lƣợng gió tại các độ cao ZizWi = 20m, 40m, 60m so với mặt đất (Z =
10m) W10 đƣợc đánh giá bằng tỉ số Wzi/ W10 trong bảng 1 dƣới đây.
* Tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 20m trên mặt đất
Theo bảng 1, so với độ cao 10m thì tiềm năng năng lƣợng gió ở độ cao 20m tại phần lớn
các vùng trên lãnh thổ cao gấp 2 ÷ 2.5 lần. Trên các cao nguyên và tại các vị trí núi cao tƣơng

đối thoáng năng lƣợng ở độ cao 20m cũng lớn gấp 1.7 ÷ 1.8 lần so với độ cao 10m. Tỉ lệ này
giảm đi còn 1.6 ở các vùng duyên hải, 1.5 tại các hải đảo gần bờ và 1.4 tại các đảo xa bờ.

Khu vực có tiềm năng khả quan, tổng năng lƣợng năm lớn hơn 500Kwh/m2 là các dãy
núi cao Hoàng Liên Sơn, biên giới phía Đông tỉnh Lạng Sơn, duyên hải thuộc đồng bằng Bắc
Bộ; vùng núi cao và phần cao nguyên cao nằm kế tiếp khá rộng lớn của Tây Nguyên kéo xuống
phía Nam lan rộng ra tận duyên hải Ninh Thuận – Bình Thuận của Trung Bộ và duyên hải Nam
Bộ (xem hình 2b).
Trên các đỉnh cao của Hoàng Liên Sơn và Tây Nguyên, tổng năng lƣợng năm vƣợt
700Kwh/m2. Mức giá trị này còn xuất hiện tại duyên hải thuộc đồng bằng Bắc Bộ, một phần
duyên hải các tỉnh Nam Trung Bộ và dải duyên hải phía Tây Nam Bộ.
Trên các hải đảo phía Đông lãnh thổ tổng năng lƣợng năm từ 1000 ÷ 1100 Kwh/m2 ở
Bạch Long Vĩ. Trên các đảo phía Nam lãnh thổ tổng năng lƣợng chỉ 500 ÷ 700kwh/m2 năm.
* Tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 40m trên mặt đất

SVTH: LÊ ĐẶNG KHƢƠNG DUY
LĂNG VĂN VŨ

23

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

thiết kế và tính toán mô phỏng động cơ gió bơm nước

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về