Nghiên cứu thiết kế hệ thống năng lượng gió công suất nhỏ dùng máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Header Page 1 of 166.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG……………..

Luận văn

Nghiên cứu thiết
kế hệ thống năng lượng gió công suất
nhỏ dùng máy phát đồng bộ nam
châm vĩnh cửu

Footer Page 1 of 166.


Header Page 2 of 166.
LỜI NÓI ĐẦU
Như chúng ta đã biết việc phát minh ra điện năng đã thỏa mãn nhu cầu
năng lượng của con người và đưa nền văn minh của nhân loại tiến một bước
dài như hiện nay. Có nhiều cách để sản xuất ra điện năng như : thủy điện,
nhiệt điện, điện nguyên tử. Việc nghiên cứu tìm ra các nguồn năng lượng mới
và sạch đã trở thành nghiên cứu mũi nhọn của nhiều quốc gia, đặc biệt là các
nước phát triển.
Trong công cuộc đi tìm nguồn năng lượng mới này con người đã đạt
được những thành công nhất định : đó là sự ra đời của các trung tâm phát điện
dùng năng lượng gió và năng lượng mặt trời với công suất lên đến hàng ngàn
megaoat. Tuy nhiên, những nguồn năng lượng trên tương đối phụ thuộc vào
tự nhiên. Trong những năm gần đây hoạt động nghiên cứu và tái tạo nói
chung và năng lượng phong điện nói riêng ở nước ta đã được triển khai khá
mạnh mẽ. Vì vậy chúng ta phải nghiên cứu và ứng dụng nguồn năng lượng
vô tận này một cách tốt nhất và hiệu quả nhất. Với đồ án “ Nghiên cứu thiết

kế hệ thống năng lượng gió công suất nhỏ dùng máy phát đồng bộ nam
châm vĩnh cửu“, em mong muốn đóng góp phần nào trong việc đẩy mạnh
nghiên cứu nguồn năng lượng gió tại nước ta.
Nội dung đồ án gồm các chương :
Chương 1. Gió và nguồn năng lượng gió.
Chương 2. Các thiết bị trong hệ thống gió - điện công suất nhỏ.
Chương 3. Máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu công suất nhỏ.
Chương 4. Thiết kế hệ thống điện gió nhỏ phục vụ đời sống.

1

Footer Page 2 of 166.


Header Page 3 of 166.
Chương 1.

GIÓ VÀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ
1.1. SỰ HÌNH THÀNH CỦA GIÓ
Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho
bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau. Một nửa bề mặt của
Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời và
thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các
cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vì thế là khác nhau về áp suất mà
không khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa mặt ban ngày và
mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió. Trái Đất xoay tròn cũng góp
phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi (so
với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên
cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa.
Bản đồ vận tốc gió theo mùa do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis

được tạo thành từ sự quay quanh trục của Trái Đất nên không khí đi từ vùng
áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thẳng mà tạo thành các cơn gió
xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu. Nếu nhìn từ
vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí di chuyển vào một vùng áp thấp ngược
với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ.
Trên Nam bán cầu thì chiều hướng ngược lại.
Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên, gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa
hình tại từng địa phương. Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban
ngày đất nóng lên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có
gió thổi từ biển hay hồ vào đất liền. Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn
nước và hiệu ứng này xảy ra theo chiều ngược lại.

2

Footer Page 3 of 166.


Header Page 4 of 166.
1.2. ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ TRONG ĐỜI SỐNG
1.2.1. Năng lượng gió – nguồn năng lượng sạch vô tận
Năng lượng gió trên thế giới
Cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 này vấn đề về nguồn năng lượng cung
cấp cần phải xem xét lại: hiện nay nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn dần,
đồng thời vấn đề gây ô nhiễm môi trường do việc đốt nhiên liệu hóa thạch
càng trở nên trầm trọng. Vấn đề năng lượng sạch đang được quan tâm nhiều
và là một sự lựa chọn cho ngành năng lượng thay thế trong tương lai. Nguồn
năng lượng sạch đang được quan tâm như năng lượng gió, năng lượng mặt
trời, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sóng biển, năng lượng thủy triều… Tất
cả những loại năng lượng sạch này sẽ góp phần rất lớn vào việc cải tạo cuộc
sống nhân loại và cải thiện môi trường. Các hệ thống năng lượng này được

xem như là một sự lựa chọn thay thế cho các hệ thống cung cấp từ lưới điện
quốc gia ở các vùng nông thôn biệt lập, nơi mà việc phát triển lưới điện không
khả thi về mặt kinh tế, trong đó, năng lượng gió được xem như là nguồn năng
lượng dễ khai thác với công nghệ đơn giản và chi phí đầu tư và vận hành
tương đối thấp.
Theo tính toán của các nhà nghiên cứu, năng lượng từ mặt trời trên trái
đất vào khoảng 173.000 tỉ KW còn năng lượng từ gió ước tính khoảng 3.500
tỉ KW. Trên toàn bộ bề mặt hành tinh của chúng ta, năng lượng có thể khai
thác được từ gió lớn hơn năng lượng toàn bộ các dòng sông trên trái đất từ 10
đến 20 lần.
Năng lượng gió đã được khai thác và ứng dụng từ rất lâu dùng để chạy
bơm nước, thuyền buồm. Các cối xay gió đã xuất hiện từ thế kỷ thứ 12. Từ đó
đến nay việc nghiên cứu và phát triển công nghệ sử dụng năng lượng gió ngày
càng phát triển với tốc độ ngày càng nhanh cả về số lượng lẫn chất lượng.
Theo thống kê, đến cuối năm 2003 tổng công suất lắp đặt tại các nhà
máy phát điện bằng tua-bin gió trên thế giới là 39.294 MW, gấp hơn 4 lần

3

Footer Page 4 of 166.


Header Page 5 of 166.
tổng công suất lắp đặt của các nhà máy điện ở Việt Nam hiện nay. Giá trị này
tăng 26% so với năm 2002. Như vậy việc sử dụng năng lượng gió đã được
khoa học chứng minh và khẳng định bằng thực tế phát triển với tốc độ rất
nhanh của các tua-bin gió được lắp đặt trên thế giới.
Sự phát triển theo thời gian đã làm cho giá thành điện năng phát ra từ
tua-bin gió giảm từ 6,15 UScent/kWh (năm 1995) xuống còn 4,6 UScent/kWh
(năm 1999) và đến năm 2005 dự kiến sẽ chỉ còn 3,91 UScent/kWh. Giá thành

lắp đặt tua-bin gió hiện tại trung bình vào khoảng 1000 USD/kW. Với giá
thành điện năng sản xuất từ tua-bin gió ngày càng rẻ, kỹ thuật ngày càng tin
cậy, một số nước đang phát triển cũng đã triển khai nhiều dự án về năng
lượng gió, trong số đó nổi bật là các nước Ấn Độ, Trung Quốc,…
Tình hình phát triển điện gió của Việt Nam
Ngày nay, trước tình hình các nguồn năng lượng truyền thống (dầu mỏ,
khí thiên nhiên, than,…) trên thế giới ngày càng khan hiếm, việc khai thác và
sử dụng các nguồn năng lượng mới (ngoài năng lượng nguyên tử) như năng
lượng mặt trời, năng lượng gió… đang là những đề tài và những chương trình
lớn đối với các quốc gia. Việt Nam là vùng có tiềm năng năng lượng gió ở
mức thấp, tuy nhiên ở một số vùng thuộc các hải đảo và ven biển miền Trung
lại có tốc độ gió khá cao, phù hợp với việc tận dụng để phát điện.
Tốc độ gió cần thiết tại trục tua-bin (có cao độ khoảng 40 – 60m) phù
hợp cho việc vận hành thương mại vào khoảng 6 - 7m/giây. Tốc độ gió trung
bình của Việt Nam ở độ cao cách mặt đất 30m theo đánh giá là khoảng 4 - 5
m/giây ở các vùng bờ biển. Ở một vài hòn đảo độc lập con số này đạt trên
9m/s, phù hợp để phát triển việc tận dụng loại năng lượng này.
Từ những năm 80 trở lại đây nhiều nhà khoa học với các công trình, đề
tài nghiên cứu khoa học đã tập trung nghiên cứu, khai thác nguồn năng lượng
gió để phát điện. Tuy nhiên, các nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở các ứng dụng
có công suất thấp (từ vài trăm đến 1.000W). Các nghiên cứu này nhằm cung

4

Footer Page 5 of 166.


Header Page 6 of 166.
cấp điện cho các hộ gia đình vùng sâu, vùng xa, hải đảo, nơi mà lưới điện
Quốc gia chưa vươn tới. Định hướng này cũng đã được đề cập đến trong kế

hoạch phát triển nguồn điện đến năm 2010 của Tổng Công ty Điện Lực Việt
Nam (EVN).
Gần đây, một số dự án về nhà máy điện gió quy mô công nghiệp đã và
đang được nghiên cứu triển khai như nhà máy điện gió có công suất 750 kW
đã được lắp đặt tại huyện đảo Thanh niên Bạch Long Vĩ – Hải Phòng vào
năm 2003, dự án nhà máy điện gió Cửa Tùng huyện Vĩnh Linh - Quảng Trị đã
được nghiên cứu và lập dự án khả thi với công suất dự kiến lên đến 10-2050MW.
Có thể thấy rằng gió là một nguồn năng lượng sạch và kinh tế do thiên
nhiên ban tặng. Tuổi thọ của một tua-bin phát điện có thể lên đến 20-30 năm;
một số tua-bin gió phát điện được xây dựng cách đây hơn 50 năm vẫn còn
hoạt động tốt. Việc khai thác tốt nguồn năng lượng này sẽ giúp đa dạng hóa
các nguồn phát điện, giảm bớt gánh nặng cho lưới điện vốn dựa trên các
nguồn năng lượng truyền thống. Vấn đề hiện nay là làm thế nào để quy hoạch
và sử dụng nguồn năng lượng này một cách phù hợp.
1.2.2. Thiết bị sử dụng năng lượng gió
Lưới điện sử dụng năng lượng gió
Gần đây, các nhà khoa học Mỹ đã đề xuất giải pháp nối liền các nhà
máy năng lượng gió tại những vùng khác nhau bằng mạng đường dây truyền
tải, làm cho việc cung cấp điện năng đạt hiệu quả cao hơn.
Để khắc phục tình trạng thiếu năng lượng toàn cầu, đồng thời góp phần
bảo vệ môi trường, từ lâu con người đã tăng cường khai thác năng lượng gió.
Năng lượng gió có nhiều lợi thế để tạo ra nguồn điện năng rẻ. Nhưng
vấn đề lớn nhất mà các nhà máy điện sử dụng năng lượng gió gặp phải là
trong thực tế không phải lúc nào cũng có gió, vì vậy mà nguồn điện sẽ không
ổn định.

5

Footer Page 6 of 166.

Header Page 7 of 166.

Hình 1.1. Trạm năng lượng gió
Tuy nhiên, người ta khắc phục được nhược điểm trên bằng cách kết nối
các nhà máy điện sử dụng năng lượng gió bằng hệ thống đường dây truyền
tải.
Năng lượng gió ở nhiều nơi sẽ bổ trợ cho nhau, tạo ra nguồn điện năng
được duy trì ổn định.
Theo nghiên cứu của hai nhà khoa học Mỹ là Cristina Archer và Mark
Jacobson, cứ có 3 nhà máy năng lượng gió nối liền trở lên sẽ đảm bảo được
việc cung cấp nguồn điện năng liên tục.
Một điều thuận lợi nữa của giả pháp trên là giúp giảm bớt thất thoát
trong quá trình phân phối điện. Thay vì sử dụng nhiều hệ thống đường dây
nối liền từng nhà máy với nơi tiêu thụ, điện sau khi nối mạng sẽ được tập
trung tại một điểm và chuyển tới các thành phố bằng hệ thống đường dây duy
nhất.
Hiện nay Mỹ và một vài nước khác đã bắt đầu kết nối các nhà máy điện
sử dụng năng lượng gió. Những nhà máy này đang được kỳ vọng sẽ trở thành
nơi sản xuất nguồn năng lượng rẻ nhất và sạch nhất, giúp giảm đáng kể nguồn

6

Footer Page 7 of 166.


Header Page 8 of 166.
điện năng phải sản xuất từ các nhà máy điện đốt than đá, từ đó giảm phát thải
khí nhà kính vào bầu khí quyển Trái đất.
Cối xay gió tại gia

Ở những vùng xa hệ thống điện, người ta hoàn toàn có thể làm chủ một
cối xay gió tại nhà, miễn là ngôi nhà không gần các tòa nhà cao tầng hay
nhiều cây cối. Thực tế, thị trường tua-bin gió nhỏ đã tăng 14% năm 2007. Một
số trong những tua-bin này dành cho các tàu thuyền, nhưng số khác cung cấp
cho các chủ nhà, những người sống xa hệ thống điện.
Tóm lại, Trái Đất sẽ đủ gió để sản xuất điện năng đáp ứng nhu cầu của
nhân loại. Đó là nghiên cứu được công bố trong Energy Economics. Còn theo
Viện Năng lượng gió của Đức, thị trường năng lượng gió toàn cầu sẽ đạt tới
con số 107.000 MW/năm vào 2017, tăng 5 lần so với lượng điện hơn 20.000
MW được sản xuất hàng năm hiện nay.
1.3. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ
1.3.1. Các xu thế đầu tư nguồn năng lượng sạch
Chúng ta đang sống giữa rất nhiều nguồn năng lượng sạch và vô tận –
như mặt trời, gió, đại dương, thực vật, nguyên tử, lõi Trái đất – nhưng câu hỏi
về công nghệ và tính kinh tế khi khai thác chúng đã giới hạn trí tưởng tượng
của chúng ta.
* Gió ở trên cao:
Ý tưởng: Những turbin gió truyền thống đều ngừng khi gió lặng. Các
bong bóng hay rotor làm quay turbine có thể chắn mất những làn gió mạnh,
chắc chắn ở độ cao 1000 – 1500 foot (khoảng 300 - 450m ).Công ty Magenn
Power có trụ sở ở Ottawa hy vọng sẽ tung ra thị trường loại turbine thương
mại đầu tiên ở độ cao rất lớn - một quả khí cầu nhỏ bơm đầy khí heli có
đường kính 60 foot ( khoảng 18m) vào năm 2010.

7

Footer Page 8 of 166.


Header Page 9 of 166.

Thực tế: Theo tính toán, nguồn phong năng ở trên cao này có thể cung
cấp năng lượng cho toàn địa cầu và có tiềm năng khai khác bằng hơn 100 lần
hiện tại. Nhưng người ta vẫn còn chờ xem có thể vượt qua những rào cản
công nghệ để khai thác nguồn năng lượng này một cách kinh tế hay không.
* Nhiên liệu xanh :
Ý tưởng: Để có được các dạng nhiên liệu sinh học nguồn gốc từ dầu
thực vật đòi hỏi phải có quá trình canh tác và xử lý công phu. Người ta thay
đổi cấu trúc gen của các loại tảo để tận dụng lượng tinh dầu mà chúng liên tục
tiết ra và sau đó lọc thành nhiên liệu thay thế.
Hai công ty Synthetic Genomics, do J. Craig Venter - một nhà kinh
doanh, nhà nghiên cứu bộ gen người - điều hành, và Sapphire Energy, do Bill
Gates tài trợ, đang tiến hành thử nghiệm một loại tảo để sản xuất loại "nhiên
liệu sinh học" vốn là tiền thân của dầu hỏa, xăng máy bay và dầu diesel.
Thực tế: Nhiên liệu từ tảo đã có nhưng chưa được sản xuất một cách
kinh tế. Tuy nhiên, rất nhiều công ty đang đầu tư mạnh mẽ vào lĩnh vực này,
trong đó phải kể đến các công ty hàng không và dầu khí hùng mạnh. Chính
phủ Mỹ đã đồng ý chi 50 triệu USD cho các nghiên cứu về nhiên liệu từ tảo
trong năm nay.
* Sóng thế hệ mới:
Ý tưởng: Năng lượng sinh ra từ dao động của sóng có thể được chuyển
hóa để vận hành các máy phát điện.
Ít nhất hiện có ba mươi công ty đang phát triển công nghệ thu năng
lượng từ sóng. Công ty Pelamis Wave Power của Scotland đã phát minh ra
công cụ vận hành "nông trại sóng" thương mại đầu tiên chính thức đi vào hoạt
động vào năm 2008 ở ngoài khơi bờ biển Bồ Đào Nha. Mỗi cỗ máy có đường
kính khoảng 4m có thể cung cấp đủ điện năng cho 500 hộ gia đình.
Thực tế: Dù năng lượng từ sóng chưa có tính cạnh tranh nhưng theo
nghiên cứu của Viện Greentech Media/Prometheus, thị trường năng lượng đại

8

Footer Page 9 of 166.


Header Page 10 of 166.
dương các loại có thể đạt giá trị 500 triệu USD mỗi năm trong vòng 5 năm
tới, công suất có thể tăng lên 100 lần, đạt 1 tỷ watt.
* Năng lượng nhiệt hạch:
Ý tưởng: Nhiệt hạch hạt nhân - một phản ứng nguyên tử cung cấp năng
lượng cho các vì sao - có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng sạch.
Công ty đang theo đuổi ý tưởng: Năm 2010, hệ thống tạo tia laser cực mạnh
mang tên National Ignition Facility của Mỹ sẽ chiếu tập trung 192 tia laser
vào cap-xun siêu nhỏ chứa đầy khí hy-đrô để kích hoạt một phản ứng nhiệt
hạch mà người ta dự đoán rằng sẽ sinh ra nhiều năng lượng hơn số năng
lượng mà nó tiêu thụ - một bước tiến quan trọng trong tiến trình nghiên cứu
năng lượng nhiệt hạch.
Thực tế: Các nhà khoa học đã theo đuổi mục tiêu này suốt 50 năm nay,
chỉ riêng chính phủ Mỹ đã chi hơn 20 tỷ USD cho các nghiên cứu nhiệt hạch.
Dù vậy, thí nghiệm sử dụng năng lượng nhiệt hạch đầu tiên có thể chỉ được
thực hiện trong ít nhất là 15 năm tới.
* Địa nhiệt sâu:
Ý tưởng: Những nhà máy địa nhiệt truyền thống chỉ có thể khai thác
sức nóng ở gần bề mặt quả đất. Các hệ thống địa nhiệt cải tiến (EGS) ngày
nay có thể bơm nước lạnh vào sâu trong lòng đất 3km hoặc hơn để đạt được
độ siêu sôi. Và các hệ thống này có thể hoạt động ở mọi nơi.
Hàng chục dự án R&D về EGS đang được thực hiện trên khắp thế giới.
Công ty Geodynamics của Úc dự kiến vào đầu năm 2010, một nhà máy thử
nghiệm công suất 1 Megawatt, xếp vào hàng lớn nhất thế giới, sẽ được đưa
vào hoạt động.
Thực tế: Theo Bộ Năng lượng Mỹ, với những tiến bộ công nghệ hiện

có, EGS có thể trở thành nguồn năng lượng quan trọng, kinh tế và bền vững.

9

Footer Page 10 of 166.


Header Page 11 of 166.
* Ánh sáng mặt trời ngoài trái đất:
Ý tưởng: Hoạt động của những tế bào năng lượng mặt trời ở mặt đất sẽ
bị hạn chế bởi mây, bụi và màn đêm. Những tế bào năng lượng mặt trời ngoài
không gian và xoay theo quỹ đạo trái đất có thể bắt được năng lượng mặt trời
suốt 24 giờ mỗi ngày và gần như mọi ngày trong năm, và sau đó truyền đi
dưới dạng sóng vô tuyến về Trái đất.
Công ty mới thành lập Solaren đã đạt được hợp đồng với California's
Pacific Gas and Electric để trở thành nhà cung cấp năng lượng từ không gian
kể từ năm 2016.
Thực tế: NASA và Bộ Năng Lượng Mỹ đã chi 80 triệu USD trong suốt
30 năm qua để nghiên cứu loại năng lượng này và đi đến kết luận là ý tưởng
này khả thi về mặt kỹ thuật nhưng rất khó mang tính thương mại.
1.3.2. Phong điện - triển vọng năng lượng mới
Gió không có chủ, nên chi phí sử dụng năng lượng gió sẽ rẻ hơn nhiều
so với các công nghệ muốn hoạt động phải có nhiên liệu, như than đá hay khí
tự nhiên. Tuy nhiên, đầu tư ban đầu cho năng lượng gió lại cao. Nếu tính về
giá trị trước mắt, việc trang bị số lượng lớn tua-bin gió phải chi phí tới vài
triệu USD/megawatt, có thể so sánh với những nhà máy nhiệt điện mới. Hơn
nữa, gió không thổi thường xuyên. Trong thực tế, những tua-bin gió thường
chỉ sinh điện khoảng 30% thời gian, vì vậy nó mất nhiều thời gian hơn trong
việc thu hồi vốn xây dựng cơ bản.
Theo ước tính mới nhất của Bộ Năng lượng Mỹ (DOE), cùng với sự

khích lệ của chính phủ và các chi phí bảo dưỡng tua-bin gió vốn có tuổi thọ
tới 20 năm, xem ra giá thành năng lượng gió hiện nay vô cùng rẻ - khoảng 4
cent/KWh. Thậm chí, ông Andrew Karsner, Thứ trưởng phụ trách Năng
lượng tái tạo quốc gia Mỹ, cho rằng với nguồn “nguyên liệu vô tận” của thiên
nhiên, tương lai gần, người ta có thể sản xuất điện từ gió với mức chi phí
không quá nửa cent cho mỗi kWh. Ưu điểm dễ thấy nhất của phong điện là

10

Footer Page 11 of 166.


Header Page 12 of 166.
không tiêu tốn nhiên liệu, không gây ô nhiễm môi trường như các nhà máy
nhiệt điện, dễ chọn địa điểm và tiết kiệm đất xây dựng, khác hẳn với các nhà
máy thủy điện chỉ có thể xây dựng gần dòng nước mạnh với những điều kiện
đặc biệt và cần diện tích rất lớn cho hồ chứa nước.Các trạm phong điện có thể
đặt gần nơi tiêu thụ điện, như vậy sẽ tránh được chi phí cho việc xây dựng
đường dây tải điện.
Tình hình cung cầu Điện năng ở Việt Nam:
Tốc độ tăng trưởng trung bình của sản lượng điện ở Việt Nam trong 20
năm trở lại đây đạt mức rất cao, khoảng 12-13%/năm - tức là gần gấp đôi tốc
độ tăng trưởng GDP của nền kinh tế. Và theo dự báo của Tổng Công ty Điện
lực Việt Nam, nếu tốc độ tăng trưởng GDP trung bình tiếp tục được duy trì ở
mức 7,1%/năm thì nhu cầu điện sản xuất của Việt Nam vào năm 2020 sẽ là
khoảng 200.000 GWh, vào năm 2030 là 327.000 GWh. Trong khi đó, ngay cả
khi huy động tối đa các nguồn điện truyền thống thì sản lượng điện nội địa
của chúng ta cũng chỉ đạt mức tương ứng là 165.000 GWh (năm 2020) và
208.000 GWh (năm 2030). Điều này có nghĩa là nền kinh tế sẽ bị thiếu hụt
điện một cách nghiêm trọng, và tỷ lệ thiếu hụt có thể lên tới 20-30% mỗi năm.

Nếu dự báo này của 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
nước, hoặc là hoạt động sản xuất của nền kinh tế sẽ rơi vào đình trệ, còn đời
sống của người dân sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
Tiềm năng Điện gió ở Việt Nam:
Nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam có
một thuận lợi cơ bản để phát triển năng lượng 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 chương trình đánh giá về năng lượng cho Châu Á, Ngân hàng
Thế giới đã có một khảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực Đông Nam Á,

11

Footer Page 12 of 166.


Header Page 13 of 166.
trong đó Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất với tổng tiềm năng điện gió của
Việt Nam ước đạt 513.360 MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy
điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm
2020. 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, nhưng điều đó không ngăn cản việc chúng ta xem xét một
cách thấu đáo tiềm năng to lớn về năng lượng gió ở Việt Nam.
Ở Việt Nam, các khu vực có thể phát triển năng lượng gió không trải
đều trên toàn bộ lãnh thổ. Với ảnh hưởng 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 và Ninh Thuận.
Theo nghiên cứu của NHTG, trên lãnh thổ Việt Nam, hai vùng giàu
tiềm năng nhất để phát triển năng lượng gió là Sơn Hải (Ninh Thuận) và vùng
đồi cát ở độ cao 60 – 100 m phía tây Hàm Tiến đến Mũi Né (Bình Thuận).
Gió vùng này không những có vận tốc trung bình lớn, mà còn có một thuận
lợi khác, đó là số lượng các cơn bão khu vực ít và gió có xu thế ổn định. Đây
là những điều kiện rất thuận lợi để phát triển năng lượng gió. Trong những
tháng có gió mùa, tỷ lệ gió nam và đông nam lên đến 98% với vận tốc trung
bình 6-7m/s, tức là vận tốc có thể xây dựng các trạm điện gió công suất 3 3,5 MW. Thực tế là người 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
cư thưa thớt, thời tiết khô nóng, khắc nghiệt, và là những vùng dân tộc đặc
biệt khó khăn của Việt Nam.

12

Footer Page 13 of 166.


Header Page 14 of 166.
Mặc dù có nhiều thuận lợi như đã nêu trên, nhưng chúng ta cần phải
lưu ý một số điểm đặc thù của năng lượng gió để có thể phát triển nó một
cách có hiệu quả nhất. Nhược điểm lớn nhất của năng lượng gió là sự phụ
thuộc vào điều kiện thời tiết và chế độ gió. Vì vậy khi thiết kế, cần nghiên cứu
hết sức chi tiết về chế độ gió, địa hình cũng như loại gió không có các dòng
rối (có ảnh hưởng không tốt đến máy phát). Cũng vì những lý do có tính phụ
thuộc vào điều kiện môi trường như trên, năng lượng gió tuy ngày càng phổ
biến và quan trọng nhưng không thể là nguồn năng lượng chủ lực. Tuy nhiên,
khả năng kết hợp giữa điện gió và thủy điện tích năng lại mở ra cơ hội cho

Việt Nam, một mặt đa dạng hóa được nguồn năng lượng trong đó kết hợp
những nguồn năng truyền thống với những nguồn lượng tái tạo sạch với chi
phí hợp lý; mặt khác khai thác được thế mạnh, đồng thời hạn chế của mỗi
nguồn năng lượng, và tận dụng các nguồn năng lượng này trong mối quan hệ
bổ sung lẫn nhau. Một điểm cần lưu ý nữa là khả năng các trạm điện gió sẽ
gây ô nhiễm tiếng ồn trong khi vận hành, cũng như có thể phá vỡ cảnh quan
tự nhiên và có thể ảnh hưởng đến tín hiệu của các sóng vô tuyến nếu các yếu
tố về kỹ thuật không được quan tâm đúng mức. Do vậy, khi xây dựng các khu
điện gió cần tính toán khoảng cách hợp lý đến các khu dân cư, khu du lịch để
không gây những tác động tiêu cực.
Nếu nhìn ra thế giới thì việc phát triển điện gió đang là một xu thế lớn,
thể hiện ở mức tăng trưởng cao nhất so với các nguồn năng lượng khác. Khác
với điện hạt nhân vốn cần một quy trình kỹ thuật và giám sát hết sức nghiêm
ngặt, việc xây lắp điện gió không đòi hỏi quy trình khắt khe đó. Với kinh
nghiệm phát triển điện gió thành công của Ấn Độ, Trung Quốc và Philippin,
và với những lợi thế về mặt địa lý của Việt Nam, chúng ta hoàn toàn có thể
phát triển năng lượng điện gió để đóng góp vào sự phát triển chung của nền
kinh tế.

13

Footer Page 14 of 166.


Header Page 15 of 166.
Những ưu điểm của phong điện :

Ưu điểm dễ thấy nhất của phong điện là không tiêu tốn nhiên liệu,
không gây ô nhiễm môi trường như các nhà máy nhiệt điện, dễ chọn địa điểm
và tiết kiệm đất xây dựng, khác hẳn với các nhà máy thủy điện chỉ có thể xây

dựng gần dòng nước mạnh với những điều kiện đặc biệt và cần diện tích rất
lớn cho hồ chứa nước.
Các trạm phong điện có thể đặt gần nơi tiêu thụ điện, như vậy sẽ tránh
được chi phí cho việc xây dựng đường dây tải điện.
Trước đây, khi công nghệ phong điện còn ít được ứng dụng, việc xây
dựng một trạm phong điện rất tốn kém, chi phí cho thiết bị và xây lắp đều rất
đắt nên chỉ được áp dụng trong một số trường hợp thật cần thiết. Ngày nay
phong điện đã trở nên rất phổ biến, thiết bị được sản xuất hàng loạt, công
nghệ lắp ráp đã hoàn thiện nên chi phí cho việc hoàn thành một trạm phong
điện hiện nay chỉ bằng ¼ so với năm 1986.
Phong điện đã trở thành một trong những giải pháp năng lượng quan
trọng ở nhiều nước, và cũng rất phù hợp với điều kiện Việt nam.
Các trạm phong điện có thể đặt ở đâu ?

Trạm phong điện có thể đặt ở những địa điểm và vị trí khác nhau, với
những giải pháp rất linh hoạt và phong phú:
Các trạm phong điện đặt ở ven biển cho sản lượng cao hơn các trạm nội
địa vì bờ biển thường có gió mạnh. Giải pháp này tiết kiệm đất xây dựng,
đồng thời việc vận chuyển các cấu kiện lớn trên biển cũng thuận lợi hơn trên
bộ. Giải bờ biển Việt Nam trên 3000 km có thể tạo ra công suất hàng tỷ kW
phong điện.
Những mỏm núi, những đồi hoang không sử dụng được cho công
nghiệp, nông nghiệp cũng có thể đặt được trạm phong điện. Trường hợp này
không cần làm trụ đỡ cao, tiết kiệm đáng kể chi phí xây dựng.

14

Footer Page 15 of 166.

Header Page 16 of 166.
Trên mái nhà cao tầng cũng có thể đặt trạm phong điện, dùng cho các
nhu cầu trong nhà và cung cấp điện cho thành phố khi không dùng hết điện.
Trạm điện này càng có ý nghĩa thiết thực khi thành phố bất ngờ bị mất điện.
Ngay tại các khu chế xuất cũng có thể đặt các trạm phong điện. Nếu tận
dụng không gian phía trên các nhà xưởng để đặt các trạm phong điện thì sẽ
giảm tới mức thấp nhất diện tích đất xây dựng và chi phí làm đường dây điện.
Điện khí hóa ngành đường sắt là xu hướng tất yếu của các nước công
nghiệp. Chỉ cần đặt với khoảng cách 10 km một trạm 4800kW dọc các tuyến
đường sắt đã có đủ điện năng cho tất cả các đoàn tàu ở Việt nam hiện nay.
Các vùng phong điện lớn đặt gần tuyến đường sắt cũng rất thuận tiện trong
việc vận chuyển và dựng lắp. Các đầu máy diesel và than đá tiêu thụ lượng
nhiên liệu rất lớn và gây ô nhiễm môi trường sẽ được thay thế bằng đầu máy
điện trong tương lai.
Đặt một trạm phong điện bên cạnh các trạm bơm thủy lợi ở xa lưới điện
quốc gia sẽ tránh được việc xây dựng đường dây tải điện với chi phí lớn gấp
nhiều lần chi phí xây dựng một trạm phong điện. Việc bảo quản một trạm
phong điện cũng đơn giản hơn việc bảo vệ đường dây tải điện rất nhiều.
Nhà máy nước ngọt đặt cạnh những trạm phong điện là mô hình tối ưu
để giải quyết việc cung cấp nước ngọt cho vùng đồng bằng sông Cửu Long,
tiết kiệm nhiên liệu và đường dây điện.
Một trạm phong điện 4 kW có thể đủ điện cho một trạm kiểm lâm trong
rừng sâu hoặc một ngọn hải đăng xa đất liền. Một trạm 10 kW đủ cho một
đồn biên phòng trên núi cao, hoặc một đơn vị hải quân nơi đảo xa. Một trạm
40 kW có thể đủ cho một xã vùng cao, một đoàn thăm dò địa chất hay một
khách sạn du lịch biệt lập, nơi đường dây chưa thể vươn tới được. Một nông
trường cà phê hay cao su trên cao nguyên có thể xây dựng trạm phong điện
hàng trăm hoặc hàng ngàn kW, vừa phục vụ đời sống công nhân, vừa cung
cấp nước tưới và dùng cho xưởng chế biến sản phẩm....

15

Footer Page 16 of 166.


Header Page 17 of 166.
Không phải nơi nào đặt trạm phong điện cũng có hiệu quả như nhau.
Để có sản lượng điện cao cần tìm đến những nơi có nhiều gió. Các vùng đất
nhô ra biển và các thung lũng sông thường là những nơi có lượng gió lớn.
Một vách núi cao có thể là vật cản gió nhưng cũng có thể lại tạo ra một nguồn
gió mạnh thường xuyên, rất có lợi cho việc khai thác phong điện. Khi chọn
địa điểm đặt trạm có thể dựa vào các số liệu thống kê của cơ quan khí tượng
hoặc kinh nghiệm của nhân đân địa phương, nhưng chỉ là căn cứ sơ bộ.
Lượng gió mỗi nơi còn thay đổi theo từng địa hình cụ thể và từng thời gian.
Tại nơi dự định dựng trạm phong điện cần đặt các thiết bị đo gió và ghi lại
tổng lượng gió hàng năm, từ đó tính ra sản lượng điện có thể khai thác, tuơng
ứng với từng thiết bị phong điện. Việc này càng quan trọng hơn khi xây dựng
các trạm công suất lớn hoặc các vùng phong điện tập trung.
Gió là dạng năng lượng vô hình và mang tính ngẫu nhiên rất cao nên
khi đầu tư vào lĩnh vực này cần có các số liệu thống kê đủ tin cậy. Rào cản
chủ yếu đối với việc phát triển phong điện ở Việt nam chính là sự thiếu thông
tin về năng lượng gió.
Tới nay đã có một số công ty nước ngoài đến Việt nam tìm cách khai
thác phong điện, nhưng vì chưa đủ những số liệu cần thiết nên cũng chưa có
sự đầu tư nào đáng kể vào thị trường này. Một hãng Đức đã xây dựng tại Ấn
độ hàng ngàn trạm phong điện, có cơ sở thường trực giám sát hoạt động các
trạm qua hệ thống vệ tinh viễn thông, xử lý kỹ thuật ngay khi cần thiết, và
hoàn toàn hài lòng về kết quả đã thu được ở Ấn độ. Hãng này cũng đã đến
Việt Nam tìm thị trường nhưng chưa quyết định đầu tư, vì chưa có đủ cứ liệu
để xây dựng trên quy mô lớn, còn với quy mô nhỏ thì lợi tức không đủ bù lại

chi phí cho một cơ sở kỹ thuật thường trực. Một công ty khác chuẩn bị xây
dựng 12 trạm phong điện với công suất 3000 kW trên huyện đảo Lý Sơn đã
khẳng định công nghệ phong điện rất phù hợp với Việt Nam!

16

Footer Page 17 of 166.


Header Page 18 of 166.
Tính kinh tế của phong điện :

Chi phí để xây dựng một trạm phong điện gồm :
* Chi phí cho máy phát điện và các cánh đón gió chiếm phần chủ yếu.
Có nhiều hãng sản xuất các thiết bị này, nhưng với giá bán và chất lượng kỹ
thuật rất khác nhau.
* Chi phí cho bộ ổn áp và hòa mạng, tự động đưa dòng điện về điện áp
và tần suất với mạng điện quốc gia.
* Chi phí cho ắc-quy, bộ nạp và thiết bị đổi điện từ ắc-quy trở lại điện
xoay chiều. Các bộ phận này chỉ cần cho các trạm hoạt động độc lập.
* Chi phí cho phần tháp hoặc trụ đỡ tùy thuộc chiều cao trụ, trọng
lượng thiết bị và các điều kiện địa chất công trình. Phần tháp có thể sản xuất
tại Việt Nam để giảm chi phí. Với các trạm phong điện đặt trên nóc nhà cao
(H.7) thì chi phí này hầu như không đáng kể.
* Chi phí cho việc vận chuyển tới nơi xây dựng và công việc lắp đặt
trạm. Chi phí này ở Việt Nam rẻ hơn rất nhiều so với các nước khác, đặc biệt
nếu xây dựng ở vùng ven biển, ven sông hoặc dọc theo các tuyến đường sắt
So sánh chi phí đầu tư giữa phong điện và thủy điện
Toàn bộ chi phí cho một trạm phong điện 4800 kW khoảng 3 000 000
Euro. Với 500 trạm phong điện loại 4800 kW sẽ có công suất 2,4 triệu kW,

bằng công suất nhà máy thủy điện Sơn La , tổng chi phí sẽ là : 500 x 3 000
000 € = 1,50 tỷ Euro = 1,875 tỷ USD, chi phí này nhỏ hơn 2,4 tỷ USD, là dự
toán xây dựng nhà máy thủy điện Sơn La.
Giá thành mỗi kWh : Giá thành một kWh điện trong 10 năm đầu có thể

tính như sau Sản lượng điện của trạm trong 1 năm là : 4800kW x 2200 giờ =
10 560 000 kWh (ở đây tính trạm chỉ đủ gió để hoạt động 2200 giờ - khoảng
¼ thời gian một năm) Một trạm 4800 kW trong 10 năm có sản lượng điện là
105 600 000 kWh. Chi phí để xây dựng trạm là 3 000 000 €, chi phí duy tu
bảo dưỡng trong 10 năm là : 240 000 €, toàn bộ chi phí trong 10 năm đầu là

17

Footer Page 18 of 166.


Header Page 19 of 166.
3 240 000 €, chi phí cho 1 kWh là 3 240 000 : 105 600 000 = 0,031 €, tính ra
tiền Việt Nam với tỷ giá 20.000 Đồng / 1 € : 0,031 x 20 000 = 620 đồng /
kWh, giá thành 1 kWh điện trong 10 năm tiếp theo: 10 năm tiếp theo chỉ phải
chi cho việc duy tu bảo dưỡng, giá thành sẽ là : 240 000 € : 105 600 000 kWh
= 0,0023 € / 1 kWh, tính ra tiền Việt Nam : 0,0023 x 20 000 = 46 đồng / 1
kWh. Không công nghệ nào cung cấp điện giá rẻ như phong điện.
Kinh phí, nhân lực và thời gian cho việc xây dựng phong điện :
Nhiệt điện và thủy điện thường được phát đi từ những nhà máy có công
suất lớn, cần có sự đầu tư, xây dựng và quản lý của ngành điện lực Nhà nước.
Các trạm phong điện có vốn đầu tư nhỏ hơn nhiều, dù xây dựng đơn
chiếc hay hàng loạt. Một địa phương, một nhà đầu tư, một doanh nghiệp hoặc
cá nhân cũng có thể sở hữu được một hoăc một số trạm phong điện, tùy theo
nhu cầu và khả năng tài chính của mình. Có thể phát động một phong trào

toàn dân làm phong điện. Khi đó chủ trương điện lực đi trước một bước sẽ trở
thành hiện thực.
Có thể thực hiện phong trào toàn dân làm phong điện theo những cách
như sau :
Nhà nước cho phép các địa phương, các ngành, các nhà đầu tư, các
doanh nghiệp hoặc cá nhân được quyền xây dựng và sở hữu một số trạm
phong điện, tùy theo nhu cầu và khả năng tài chính của mình. Chủ sở hữu
được quyền sử dụng sản lượng điện sản xuất ra hoặc bán cho ngành điện lực
qua lưới điện quốc gia. Hiện đang còn một khoảng cách lớn giữa cung và cầu
về điện năng ở nước ta. Khu vực điện lực do tư nhân sở hữu chỉ góp phần rút
ngắn khoảng cách này, nhưng không thể trở thành nhân tố cạnh tranh với
ngành điện Nhà nước. Hơn nữa thông qua việc thu mua điện của các trạm
phong điện tư nhân và phân phối lại qua mạng điện quốc gia, ngành điện Nhà
nước còn thu được một khoản kinh phí đáng kể.

18

Footer Page 19 of 166.


Header Page 20 of 166.
Ngành điện vận động các nhà đầu tư, các doanh nghiệp hoặc cá nhân
đóng trước từ 1 tới 5 năm tiền điện, và cam kết sau này người đóng tiền trước
sẽ được giảm giá điện theo một tỷ lệ đáng kể, trong một thời gian tùy theo số
tiền đóng trước. Đây là một cách huy động vốn để xây dựng phong điện. Chỉ
cần số tiền điện 5 năm đã huy động được, có thể đủ kinh phí để xây dựng số
trạm phong điện có sản lượng tương ứng với nhu cầu của người ứng tiền.
Việc cam kết giảm giá điện sẽ làm cho các doanh nghiệp yên tâm khi ứng tiền
trước, trong tình hình giá dầu khí và các loại nhiên liệu tăng liên tục từ nhiều
năm nay. Sau khi xây dựng xong, ngành điện có thể bán trạm phong điện để

có vốn làm các trạm khác.
Việc xây dưng các trung tâm phong điện lớn với hình thức công ty cổ
phần, bán cổ phiếu chứng khoán... chắc chắn sẽ được hưởng ứng mạnh mẽ khi
mọi người thấy được hiệu quả rất cao của việc đầu tư vào phong điện.
Một đội xây lắp từ 30 người có thể cất dựng được một trạm phong điện
trục ngang, từ 5 người có thể hoàn thành một trạm phong điện trục đứng. Việc
kiểm tra các thông số kỹ thuật và bảo dưỡng cần thực hiện định kỳ, với trạm
phong điện trục ngang mỗi tháng một lần, với trạm trục đứng chỉ cần mỗi
năm một lần. Không ngành sản xuất nào cần ít nhân công như phong điện.
Tuy nhiên việc xây dựng hàng loạt trạm phong điện trên cả nước sẽ tạo thêm
việc làm cho hàng trăm ngàn lao động.
Toàn bộ việc lắp dựng một trạm phong điện trục đứng 40 kW có thể
hoàn thành trong 3 ngày, kể từ khi làm móng, dựng cột, lắp máy tới khi
nghiệm thu và đưa vào hoạt động. Việc thi công các trạm phong điện trục
ngang cần từ 15 tới 45 ngày, tùy theo loại trạm phong điện, chiều cao tháp và
các điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn nơi xây dựng. Không nhà máy điện
nào có thể xây dựng nhanh như phong điện.
Để xây dựng một nhà máy thủy điện cần có sự chuẩn bị rất lâu từ trước.
Riêng các việc điều tra, quy hoạch, chọn phương án... có thể kéo dài hàng

19

Footer Page 20 of 166.


Header Page 21 of 166.
chục năm. Đối với phong điện cũng cần thực hiện những bước này, nhưng
nhanh hơn. Sau một thời gian sử dụng, nếu cần có thể rời trạm tới nơi khác.
Nếu là trạm phong điện công suất nhỏ thì việc di chuyển càng không mấy khó
khăn.

Sau khi gia nhập WTO, nền kinh tế Việt Nam đứng trước những thử
thách lớn. Để vượt qua được những thử thách đó cần có một nền công nghiệp
điện năng phát triển. Xây dựng phong điện là một giải pháp hiện thực, có hiệu
quả cao, có thể nhanh chóng đáp ứng nhu cầu điện năng của cả nước.
Phong điện còn có thể phát huy tác dụng to lớn trong sự nghiệp tăng
cường an ninh quốc phòng, nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho đồng
bào các vùng sâu, vùng xa, công cuộc xóa đói giảm nghèo, và tạo thêm việc
làm cho hàng triệu người lao động ở mọi nơi, trong mọi lĩnh vực hoạt động
của đất nước.

20

Footer Page 21 of 166.


Header Page 22 of 166.
Chương 2.

CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNGGIÓ – ĐIỆN
CÔNG SUẤT NHỎ
2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây, năng lượng gió trở thành một nguồn tiềm
năng cho hệ thống máy phát điện với ảnh hưởng cho môi trường nhỏ. Tổng
năng lượng của các máy phát sức gió (Wind Energy Conversion Systems WECS) được lắp đặt trên thế giới được gia tăng một cách ngoạn mục. Sự
tham gia của các máy phát sức gió trong các hệ thống phân phối điện cung
cấp một lượng công suất đáng kể bên cạnh các máy phát cơ bản như các nhà
máy nhiệt điện, nguyên tử và thủy điện...
Các Tuabin gió hiện nay được chia thành 2 nhóm cơ bản:
- Một loại theo trục đứng.
- Một loại theo trục nằm ngang giống như máy bay trực thăng.

Các loại Tuabin gió trục đứng là loại phổ biến có 2 hay 3 cánh quạt.
Tuabin gió 3 cánh quạt hoạt động theo chiều gió với bờ mặt cánh quạt hướng
vào chiều gió đang thổi. Ngày nay Tuabin gió 3 cánh quạt được sử dụng rộng
rãi .
2.2. CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ CÔNG SUẤT
NHỎ
Các máy phát điện lợi dụng sức gió (dưới đây gọi tắt là trạm phong
điện) đã được sử dụng nhiều ở các nước châu Âu, Mỹ và các nước công
nghiệp phát triển khác. Nước Đức đang dẫn đầu thế giới về công nghệ phong
điện.

21

Footer Page 22 of 166.


Header Page 23 of 166.
Tới nay hầu hết vẫn là các trạm phong điện trục ngang, gồm một máy
phát điện có trục quay nằm ngang, với rotor (phần quay) ở giữa, liên hệ với
một tua bin 3 cánh đón gió. Máy phát điện được đặt trên một tháp cao hình
côn. Trạm phát điện kiểu này mang dáng dấp những cối xay gió ở châu Âu từ
những thế kỷ trước, nhưng rất thanh nhã và hiện đại.
Các trạm phong điện trục đứng gồm một máy phát điện có trục quay
thẳng đứng, rotor nằm ngoài được nối với các cánh đón gió đặt thẳng đứng.
Trạm phong điện trục đứng có thể hoạt động bình đẳng với mọi hướng gió
nên hiệu qủa cao hơn, lại có cấu tạo đơn giản, các bộ phận đều có kích thước
không quá lớn nên vận chuyển và lắp ráp dễ dàng, độ bền cao, duy tu bảo
dưỡng đơn giản. Loại này mới xuất hiện từ vài năm gần đây nhưng đã được
nhiều nơi sử dụng.
Hiện có các loại máy phát phong điện với công suất rất khác nhau, từ 1

kW tới hàng chục ngàn kW. Các trạm phong điện có thể hoạt động độc lập
hoặc cũng có thể nối với mạng điện quốc gia. Các trạm độc lập cần có một bộ
nạp, bộ ắc-quy và bộ đổi điện. Khi dùng không hết, điện được tích trữ vào ắcquy. Khi không có gió sẽ sử dụng điện phát ra từ ắc-quy. Các trạm nối với
mạng điện quốc gia thì không cần bộ nạp và ắc-quy.
Các trạm phong điện có thể phát điện khi tốc độ gió từ 3 m/s (11 km/h),
và tự ngừng phát điện khi tốc độ gió vượt quá 25 m/s (90 km/h). Tốc độ gió
hiệu qủa từ 10 m/s tới 17 m/s, tùy theo từng thiết bị phong điện.
Mô hình tham khảo của một hệ thống máy phát sức gió có thể gồm các
thành phần cơ bản sau đây:

22

Footer Page 23 of 166.


Header Page 24 of 166.

Hình 2.1. Mô hình tiêu biểu của trạm phát điện dùng năng lượng gió.
- Cánh gió: Các Tuabin gió hiện đại thường có hai hoặc ba cánh gió. Gió thổi
qua các cánh quạt và là nguyên nhân làm cho các cánh quạt chuyển động và
quay.
- Pitch: Cánh gió được lật hoặc xoay để điều chỉnh tốc độ của rôto. Cánh
được tiện hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho roto quay trong gió không quá
cao hay quá thấp để tạo ra điện.
- Thiết bị Yaw: Thiết bị yaw có hai chức năng. Khi tốc độ gió nhỏ hơn tốc độ
giới hạn theo thiết kế, nó giữ cho roto đối diện với nguồn gió khi hướng gió
thay đổi. Nhưng khi tốc độ gió vượt qua giới hạn theo thiết kế, đặc biệt là khi
có gió bão, nó dịch rotor ra khỏi hướng bão.
- Chong chóng gió (vane): Phát hiện hướng gió và kết hợp với thiết bị Yaw
để giữ cho tuabin phản ứng phù hợp với tốc độ gió cụ thể.

23

Footer Page 24 of 166.


Header Page 25 of 166.
- Bộ đo tốc độ gió (anemometer): Đo tốc độ gió rồi chuyển dữ liệu đến bộ
điều khiển.
- Phanh hãm (brake): Phanh dạng đĩa, được dùng như phanh cơ khí, phanh
điện hoặc phanh thủy lực để dừng roto trong các tình huống khẩn cấp bằng
điện, bằng sức nước hoặc bằng động cơ.
- Hộp số (gear box): Hộp số được đặt giữa trục tốc độ thấp và trục tốc độ cao
để gia tăng tốc độ quay từ khoảng 20 đến 60 vòng/phút lên khoảng 1200 đến
1500 vòng/phút, đây là tốc độ quay mà hầu hết các máy phát cần để sản sinh
ra điện năng. Tốc độ quay là yêu cầu của hầu hết các máy phát để sản xuất ra
điện. Bộ bánh răng này rất đắt tiền nó là một phần của động cơ và Tuabin gió.
Các máy phát có tốc độ thấp hơn thì không cần bộ này.
- Máy phát (generator): Thường dùng các máy phát tự cảm ứng để phát điện
năng xoay chiều.
- Tháp (tower): Tháp được làm từ thép phiến hoặc các thanh thép bắt chéo
nhau với kết cấu vững vàng và chịu va đập cơ học, ăn mòn, và có tính đàn hồi
hợp lý. Vì tốc độ gió tỷ lệ với độ cao nên tháp càng cao thì tuabin càng lấy
được nhiều năng lượng và sản sinh ra được càng nhiều điện năng.Tốc độ gió
tăng ở trên cao nên tuabin được gắn trên tháp cao giúp cho tuabin sản xuất
được nhiều điện. Tháp cũng đưa tuabin lên cao trên các luồng xoáy không khí
có thể có gần mặt đất do các vật cản trở không khí như đồi núi , nhà, cây cối.
Một nguyên tắc chung là lắp đặt một tuabin gió trên tháp với đáy của cánh
rotor cách các vật cản trở tối thiểu 9m, nằm trong phạm vi đường kính 90m
của tháp. Số tiền đầu tư tương đối ít trong việc tăng chiều cao của tháp có thể

đem lại lợi ích lớn trong sản xuất điện. Ví dụ, để tăng chiều cao tháp từ 18m
lên 33m cho máy phát 10kW sẽ tăng tổng chi phí cho hệ thống 10%, nhưng
có thể tăng lượng điện sản xuất 29%.
Có 2 loại tháp cơ bản: loại tự đứng và loại giăng cáp. Hầu hết hệ thống
điện gió cho hộ gia đình thường sử dụng loại giăng cáp. Tháp loại giăng cáp

24

Footer Page 25 of 166.