Đánh giá tiềm năng năng lượng gió của tỉnh thanh hóa và khả năng hòa lưới điện quốc gia

Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới các tác giả của các công trình nghiên cứu,
các tác giả của các tài liệu nghiên cứu mà tôi đã trích dẫn và tham khảo để hoàn
thành luận văn này. Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi vô cùng cảm ơn sự
hƣớng dẫn giúp đỡ tận tình của PGS.TS. Nguyễn Lân Tráng – Giảng viên bộ môn
Hệ thống điện Trƣờng đại học Bách Khoa Hà Nội, cũng nhƣ các cán bộ ở Viện
Năng Lƣợng. Và tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô đã giảng dạy và giúp
đỡ tôi trong quá trình học tập vừa qua.

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

1

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Đánh giá tiềm năng năng lƣợng gió của tỉnh
Thanh Hóa và khả năng hòa lƣới điện quốc gia” là công trình nghiên cứu của
bản thân.
Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ luận văn nào trƣớc đây.

Tác giả
Nguyễn Hoàng Sơn

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

2

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
STT

Chữ viết tắt

Tên đầy đủ

1

NMĐ

Nhà máy điện

2

EVN

Tập đoàn điện lực Việt Nam

3

WB

4

CDM

5

CERs

Chứng nhận giảm phát thải
WEnEngineers

6

NPV

Net present value
Giá trị hiện tại thuần

7

IRR

Internal rate of return
Suất thu lợi nội tại

8

O&M

Operation and maintenance
Vận hành và bảo dƣỡng

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

World Bank
Ngân hàng thế giới
Clean Development Mechanism
Cơ chế phát triển sạch

3

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

Danh mục các bảng
Bảng 1.1: Thông số chỉ thị đầu tƣ .................................................................................... 17
Bảng 1.2: Tổng công suất lắp đặt, lắp đặt thêm hàng năm của thế giới ............................. 20
Bảng 1.3: Tổng công suất lắp đặt điện gió trên thế giới 2000-2007 ................................. 21
Bảng 1.4: Công suất lắp đặt thêm điện gió năm 2007 ở 10 nƣớc đứng đầu ....................... 21
Bảng 1.5: Khí thải CO2 từ nhà máy phát điện bằng nhiên liệu hóa thạch........................ 27
Bảng 2.1: Tiềm năng năng lƣợng gió Việt Nam ở 65m .................................................... 42
Bảng 2.2: Tỉ lệ dân số ở nông thôn ở những vùng cấp nguồn tua bin gió cỡ nhỏ .............. 42
Bảng 2.3: Diện tích có Tiềm năng gió của các tỉnh vùng duyên hải miền Bắc .................. 44
Bảng 2.4 : Tốc độ gió trung bình tháng và năm tại 1 số trạm khí tƣợng thủy văn tỉnh Thanh
Hóa ................................................................................................................................. 47
Bảng 2.5: Trạm khí tƣợng và các số liệu các tỉnh ven biển phía Bắc ............................... 48
Bảng 2.6: Số liệu tốc độ gió trung bình tháng, năm của 4 điểm đo (m/s) .......................... 55

Bảng 4.1: Đặc tính kỹ thuật tuabin FL MD 77-1500 của hãng Fuhrlander ........................ 87
Bảng 4.2: So sánh vận tốc gió trung bình của EVN và Bản đồ gió thế giới ...................... 89
Bảng 4.3: Tổng hợp mức đầu tƣ của dự án điện gió ......................................................... 92
Bảng 4.4: Các chỉ tiêu kinh tế tài chính của dự án điện gió .............................................. 94
Bảng 5.1: Ƣu nhƣợc điểm khi sử dụng điện tử công suất trong hệ thống điện gió .......... 104
Bảng 5.2: Các tính năng và công suất lớn nhất của khóa chuyển mạch........................... 105

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

4

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1. Biểu diễn tăng trƣởng đầu tƣ hàng năm ............................................................ 18
Hình 1.2: Công suất năng lƣợng tái tạo của thế giới ......................................................... 18
Hình 1.3: Tổng công suất đã lắp đặt turbine gió phát điện trên thế giới ............................ 20
Hình 1.4: Suất đầu tƣ trung bình tại Đan Mạch (1982-2009) ............................................ 25
Hình 1.5: Suất đầu tƣ trung bình tại Mỹ (1982-2009)....................................................... 25
Hình 1.6: Khảo sát chi phí quy dẫn điện gió theo suất đầu tƣ, hệ số công suất.................. 26
Hình 1.7: Khảo sát chi phí quy dẫn điện gió theo hệ số chiết khấu ................................... 26
Hình 2.1: Các cấp tốc độ gió vùng duyên hải phía Bắc Việt Nam ở độ cao 65m .............. 43
Hình 2.2: Bản đồ phân vùng năng lƣợng gió khu vực phía Bắc ........................................ 50
Hình 2.3: Hệ thống đo gió ............................................................................................... 52
Hình 2.4: Hình ảnh cột đo gió tại Móng Cái - Quảng Ninh .............................................. 53
Hình 2.5: Hình ảnh lắp dựng cột đo gió tại Văn Lý - Nam Định ...................................... 54
Hình 2.6: Ba cánh quạt khổng lồ, mỗi cánh dài 37,5m và nặng 5,5 tấn............................. 62

Hình 2.7: Các bộ phận của Tuabin gió ............................................................................. 66
Hình 2.8: Một số hình ảnh lắp đặt một tuabin gió ............................................................ 68
Hình 2.9: Tháp phong điện cao 85m, đƣờng kính chân cột trụ 4,2m, đƣờng kính quạt quay
77m, tổng trọng lƣợng một “cối xay gió” phát điện này hơn 250 tấn (chƣa kể trụ móng) . 69
Hình 3.1: Giao diện khởi động phần mềm ....................................................................... 72
Hình 3.2: Quá trình phân tích tiểu chuẩn 5 bƣớc .............................................................. 74
Hình 3.3: Mô hình năng lƣợng ......................................................................................... 75
Hình 3.4: Phân tích chi phí .............................................................................................. 76
Hình 3.5: Phân tích phát thải ........................................................................................... 77
Hình 3.6: Phân tích tài chính ........................................................................................... 78
Hình 3.7: Phân tích rủi ro ................................................................................................ 79
Hình 3.8: Dữ liệu sản phẩm ............................................................................................. 81
Hình 3.9: Dữ liệu thời tiết ................................................................................................ 82
Hình 3.10: Vị trí dữ liệu khí hậu ...................................................................................... 83
Hình 3.11: Cơ sở dữ liệu dự án ........................................................................................ 84
Hình 3.12: Bản đồ nguồn năng lƣợng .............................................................................. 84
Hình 5.1: Tuabin gió roto lồng sóc ................................................................................ 102

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

5

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

Hình 5.2: Tuabin gió roto dây quấn không đồng bộ ....................................................... 103
Hình 5.3: Tuabin gió roto dây quấn đồng bộ .................................................................. 103
Hình 5.4: Tuabin gió roto lồng sóc dây quấn đồng bộ .................................................... 104

Hình 5.5: Các bộ tự chuyển đổi công suất cho tuabin gió: .............................................. 106
Hình 5.6: Bộ chuyển đổi tần số loại back-to-back .......................................................... 108
Hình 5.7: Kết nối điện gió vào lƣới điện ........................................................................ 108
Hình 5.8: Máy phát điện không đồng bộ với hệ thống phản hồi gấp đôi ......................... 109
Hình 5.9: Máy phát điện đồng bộ đa cực ....................................................................... 109

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

6

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... 1
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. 2
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt .............................................................................. 3
Danh mục các bảng ........................................................................................................... 4
Danh mục các hình vẽ, đồ thị............................................................................................. 5
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 9
CHƢƠNG 1 .................................................................................................................... 10
TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG GIÓ VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG NĂNG LƢỢNG
GIÓ TRÊN THẾ GIỚI .................................................................................................... 10
1.1. Lịch sử phát triển năng lƣợng gió .......................................................................... 10
1.1.1. Sự khởi đầu của năng lƣợng gió ..................................................................... 10
1.1.2. Cối xay gió ở Phƣơng Tây ............................................................................. 11
1.1.3. Vai trò của những hệ thống nhỏ hơn .............................................................. 12
1.1.4. Sự phát triển của thế kỷ 20 ............................................................................ 12

1.2. Khái quát về năng lƣợng gió ................................................................................. 13
1.2.1. Khái niệm năng lƣợng gió .............................................................................. 13
1.2.2. Sự hình thành năng lƣợng gió......................................................................... 14
1.2.3. Vật lý học về năng lƣợng gió ......................................................................... 14
1.2.4. Sử dụng năng lƣợng gió ................................................................................. 15
1.3. Tình hình phát triển, ứng dụng năng lƣợng gió trên thế giới và Việt Nam ............. 17
1.3.1. Tổng quan ...................................................................................................... 17
1.3.2. Tình hình phát triển và ứng dụng năng lƣợng gió trên thế giới........................ 19
1.3.3. Tình hình phát triển và ứng dụng năng lƣợng gió tại Việt Nam ...................... 22
1.4. Suất đầu tƣ dự án gió ............................................................................................ 24
1.5. Năng lƣợng gió và môi trƣờng .............................................................................. 26
1.5.1. Những lợi ích về môi trƣờng ........................................................................... 27
1.5.2. Sự cắt giảm khí CO2 toàn cầu ....................................................................... 27
1.6. Một số bài học kinh nghiệm về việc phát triển nguồn năng lƣợng gió ở các nƣớc
đang phát triển trên thế giới ......................................................................................... 28
1.6.1. Những chiến lƣợc ràng buộc hợp lý cho năng lƣợng tái tạo .......................... 28
1.6.2. Khả năng thu lợi ổn định và xác định cho những nhà đầu tƣ ......................... 30
1.6.3. Cải cách thị trƣờng điện ................................................................................ 30
1.7. Ƣu nhƣợc điểm của NMĐ chạy bằng sức gió ........................................................ 33
1.7.1. Ƣu điểm ......................................................................................................... 33
1.7.2. Nhƣợc điểm ................................................................................................... 34
CHƢƠNG 2 .................................................................................................................... 35
ĐÁNH GIÁ TIÊM NĂNG NĂNG LƢỢNG GIÓ CỦA TỈNH THANH HÓA ................ 35
2.1. Phƣơng pháp đánh giá tiềm năng năng lƣợng gió .................................................. 35
2.2. Sơ bộ về đặc điểm tự nhiên khu vực...................................................................... 40
2.2.1. Vị trí địa lý..................................................................................................... 40
2.2.2. Đặc điểm địa hình, địa chất ............................................................................ 40
2.2.3. Đặc điểm khí hậu thời tiết .............................................................................. 42
2.3. Đánh giá các vùng gió tiềm năng .......................................................................... 42
2.3.1. Đánh giá theo khảo sát của World Bank (WB) ............................................... 42

2.3.2. Đánh gíá theo số liệu của ngành khí tƣợng thủy văn ....................................... 45

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

7

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

2.4. Cơ chế hỗ trợ phát triển dự án điện gió ................................................................. 58
2.4.1. Trách nhiệm mua điện từ các dự án điện gió .................................................. 58
2.4.2. Ƣu đãi về vốn đầu tƣ, thuế, phí ...................................................................... 59
2.4.3. Ƣu đãi về hạ tầng đất đai ................................................................................ 60
2.4.4. Hỗ trợ giá điện đối với dự án điện gió nối lƣới ............................................... 60
2.4.5. Trách nhiệm của các Bộ, địa phƣơng đối với dự án điện gió ........................... 60
2.5. Giải pháp công nghệ và xây dựng nhà máy điện gió .............................................. 61
2.5.1. Tổng quan phần thiết bị của nhà máy điện gió ............................................... 61
2.5.2. Giải pháp công nghệ và xây dựng.................................................................. 65
CHƢƠNG 3 .................................................................................................................... 72
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PHÂN TÍCH DỰ ÁN NĂNG LƢỢNG SẠCH RETSCREEN
........................................................................................................................................ 72
3.1. Thông tin mô tả chung .......................................................................................... 72
3.2. Phần mềm và dữ liệu ............................................................................................ 74
CHƢƠNG 4 .................................................................................................................... 85
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PHÂN TÍCH DỰ ÁN NĂNG LƢỢNG SẠCH RETSCREEN
ĐỂ PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ TÀI CHÍNH, KỸ THUẬT CỦA DỰ ÁN
PHONG ĐIỆN THANH HÓA ........................................................................................ 85
4.1. Chỉ tiêu kỹ thuật ................................................................................................... 85

4.1.1. Lựa chọn tuabin gió ....................................................................................... 85
4.1.2. Tính toán sản lƣợng điện hàng năm ................................................................ 88
4.2. Chỉ tiêu kinh tế tài chính ....................................................................................... 90
4.2.1. Phƣơng pháp chung........................................................................................ 90
4.2.2. Các dữ liệu và giả thiết ban đầu ...................................................................... 91
4.2.3. Kết quả tính toán ............................................................................................ 94
4.3. Phân tích rủi ro đối với đầu tƣ phát triển nhà máy điện gió .................................... 95
4.4. Đánh giá hiệu quả kinh tế xã hội của dự án phong điện Thanh Hóa ....................... 97
CHƢƠNG 5 .................................................................................................................. 100
HÒA ĐIỆN GIÓ VÀO LƢỚI ĐIỆN ............................................................................. 100
5.1. Các loại tuabin gió và thiết bị điện tử công suất đi kèm ....................................... 100
5.1.1. Phân loại tuabin gió theo dải tốc độ hoạt động.............................................. 100
5.1.2. Khái niệm về điều khiển công suất ............................................................... 101
5.1.3. Hiện trạng của các máy phát điện tuabin gió điện đại ................................... 102
5.1.4. Thiết bị điện tử công suất hiện đại ................................................................ 104
5.1.5. Ứng dụng điện tử công suất .......................................................................... 107
5.2. Hòa điện gió vào lƣới điện .................................................................................. 108
KẾT LUẬN................................................................................................................... 111
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 113
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 114
Hiệu quả tài chính của dự án phong điện Thanh Hóa ..................................................... 114

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

8

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

MỞ ĐẦU
Trong khoảng hai thập kỷ gần đây, tiêu thụ năng lƣợng thế giới đã và đang
tăng với tốc độ trung bình khoảng 2% năm. Việc sử dụng các dạng năng lƣợng hóa
thạch nhƣ than, dầu và khí tự nhiên chiếm một tỷ lệ áp đảo ( khoảng gần 80% ) tổng
tiêu thụ năng lƣợng sơ cấp của phần lớn các quốc gia. Trong tƣơng lai, xu thế tiêu
thụ năng lƣợng hóa thạch có thể đƣợc coi là không bền vững, bởi nguồn cung cấp là
có hạn, giá nhiên liệu gia tăng và các hậu quả tác động đến môi trƣờng nhƣ sự nóng
lên của trái đất, biến đổi khí hậu, ô nhiễm môi trƣờng và hiện tƣợng mƣa axit …
Trong bối cảnh đó, vai trò và tầm quan trọng của năng lƣợng tái tạo trong
tƣơng lai ngày càng đƣợc khẳng định, nhiều nƣớc trên thế giới đã và đang đƣa ra
các biện pháp chính sách đồng bộ nhằm nghiên cứu, thúc đẩy phát triển bền vững
các nguồn cung cấp năng lƣợng tái tạo, góp phần đảm bảo an ninh năng lƣợng, đảm
bảo sự phát triển bền vững của mỗi quốc.
Nhận thức đƣợc tầm quan trọng của vấn đề an ninh năng lƣợng và phát triển
bền vững, Việt Nam đã có các quan điểm khuyến khích sử dụng năng lƣợng hiệu
quả và phát triển nguồn năng lƣợng tái tạo là vấn đề cấp bách và cần thiết.
Đề tài tốt nghiệp “ Đánh giá tiềm năng năng lƣợng gió tỉnh Thanh Hóa và khả
năng hòa lƣới điện quốc gia” đƣợc nghiên cứu với mục đích góp phần vào chiến
lƣợc phát triển năng lƣợng chung của vùng và cả nƣớc. Bằng việc ứng dụng phần
mềm RETScreen đề tài đã khẳng định tính khả thi cho dự án điện gió quy mô công
nghiệp tại một số vị trí có tiềm năng năng lƣợng gió tại các tỉnh miền Bắc nói chung
và tỉnh Thanh Hóa nói riêng.
Đây là một lĩnh vực tƣơng đối mới ở Việt Nam do vậy các tài liệu hạn chế và
các số liệu cụ thể chƣa thật đầy đủ, có sự khai thác số liệu từ các nguồn khác nhau.
Vì vậy bản luận văn của tôi không tránh khỏi nhƣng thiếu sót nhất định. Tôi rất
mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp để bản
luận văn đƣợc hoàn chỉnh và có ý nghĩa hơn.

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

9

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG GIÓ VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG NĂNG
LƢỢNG GIÓ TRÊN THẾ GIỚI
1.1. Lịch sử phát triển năng lƣợng gió
1.1.1. Sự khởi đầu của năng lƣợng gió
Lịch sử phát triển năng lƣợng gió từ năm 1000 trƣớc công nguyên đến
năm 1300 sau công nguyên cho thấy sự tiến hóa chung từ việc sử dụng những
thiết bị đơn giản nhƣ là: thiết bị ánh sáng điều khiển bởi khí động học, thiết bị tời
và thiết bị nâng khí động học trong thời kỳ hiện đại. Nhƣng trong giai đoạn này,
ngƣời ta không hình dung đƣợc lực nâng khí động học (lực mà làm máy bay
bay) là một khái niệm hiện đại mà khái niệm này không đƣợc biết trong thời kỳ
cổ đại. Dĩ nhiên, sử dụng năng lƣợng gió đƣợc biết sớm nhất là thuyền buồm và
công nghệ này có một tác động quan trọng đến sự phát triển sau này của những cối
xay gió kiểu cánh buồm. Những thủy thủ thời xƣa đã hiểu lực nâng và sử dụng nó
mỗi ngày, mặc dù họ không có khái niệm vật lý để giải thích tại sao nó làm việc
đƣợc.
Cối xay gió đầu tiên đƣợc phát triển để tự động hóa những công việc bơm
nƣớc và xay ngũ cốc và thiết kế đƣợc đƣợc biết sớm nhất là hệ thống trục đứng
phát triển ở Ba Tƣ vào khoảng năm 500 đến năm 900 sau công nguyên. Việc sử
dụng năng lƣợng gió đầu tiên dƣờng nhƣ là bơm nƣớc, nhƣng phƣơng pháp
chính xác vận chuyển nƣớc thì không biết bởi vì không có bản vẽ hoặc thiết kế
nào còn lại mà chỉ có những giải thích truyền miệng. Tài liệu thiết kế đƣợc biết

đầu tiên là cối xay gió Ba Tƣ (Persian windmill), với những cánh buồm thẳng
đứng đƣợc làm từ bó cây sậy hoặc gỗ và gắn liền tới trục quay thẳng đứng trung
tâm bởi thanh giằng nằm ngang.
Cối xay gió trục đứng cũng đƣợc sử dụng ở Trung Quốc, mà đƣợc quả quyết
nhƣ nơi sinh ra cối xay gió. Trong khi ngƣời ta tin rằng cối xay gió đƣợc
phát minh ở Trung Quốc cách đây hơn 2000 đƣợc sử dụng rộng rãi và có thể là
chính xác, tài liệu thực tế sớm nhất của một cối xay gió Trung Quốc là năm 1219

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

10

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

sau công nguyên bởi chuyên gia ngƣời Trung Quốc tên là Yehlu Chhu - Tshai.
Ở đây, những ứng dụng chính vẫn là bơm nƣớc và xay ngũ cốc.
Một trong những ứng dụng thành công nhất của năng lƣợng gió (mà vẫn còn
tồn tại) là sử dụng rộng rãi máy bơm nƣớc trên đảo Crete. Ở đây, hàng trăm cối
xay gió rô to cánh buồm bơm nƣớc cho những cánh đồng và vật nuôi.
1.1.2. Cối xay gió ở Phƣơng Tây
Từ năm 1300 đến năm 1875 sau công nguyên, những cối xay gió đầu tiên
xuất hiện ở phía tây Châu Âu có cấu hình trục ngang. Lý do cho sự cải tiến bất
ngờ từ thiết kế tua bin trục thẳng của ngƣời Ba Tƣ không đƣợc biết, nhƣng thực
tế những bánh xe vận hành nƣớc ở Châu Âu cũng có cấu hình trục nằm ngang và
mô hình kỹ thuật những cối xay gió thời kỳ đầu có thể là một phần câu trả lời. Một
lý do khác có thể là hiệu suất cấu trúc cao hơn của máy tời nằm ngang so với
máy thẳng đứng. Những minh họa đầu tiên (năm 1270 sau công nguyên) cho

thấy cối xay gió bốn cánh đƣợc treo trên một cột trung tâm (do đó gọi là
“postmill”) mà cối xay gió loại này có những ƣu điểm kỹ thuật hơn so với cối
xay Ba Tƣ. Những cối xay này sử dụng liên kết khớp gỗ và vòng răng để truyền
động trục ngang đến trục đứng để quay cối đá. Bánh răng này dƣờng nhƣ phù hợp
cho sử dụng cối xay gió trục đứng từ những bánh xe nƣớc trục ngang phát triển
bởi Vitruvius.
Trƣớc năm 1390, ngƣời Hà Lan trình bày cải tiến thiết kế cối xay gió trụ tháp
(tower wind), loại cối xay gió này đã xuất hiện hơi sớm dọc theo biển
Mediterranean nhƣ hình dƣới. Ngƣời Hà Lan đã đƣa ra tiêu chuẩn cần thiết cho
cối xay gió đặt trên trụ tháp. Cả thiết kế cối xay loại trụ và cối xay trụ tháp sau
này đã đƣợc định hƣớng về hƣớng gió bằng tay và thực hiện bằng cách đẩy một
đòn bẩy lớn ở phía sau cối xay.
Cải tiến chính của cối xay gió Châu Âu là sử dụng những cánh buồm của
ngƣời thiết kế để tạo ra lực nâng khí động học hình 1.4. Đặc tính này tạo ra sự
cải tiến hiệu suất rô to so với cối xay gió ngƣời Ba Tƣ bởi cho phép tăng tốc độ rô
to.

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

11

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

Quá trình hoàn thiện cối xay gió cánh buồm làm cải tiến hiệu suất tăng lên
mất 500 năm. Cùng thời gian này quá trình đƣợc hoàn tất, những cối xay gió cánh
buồm có những đặc tính chính nhận ra bởi những nhà thiết kế hiện đại đang
quyết định sự cải tiến cánh quạt tua bin gió hiện đại.

Những cối xay này là "động cơ điện" của thời kỳ tiền công nghiệp ở Châu Âu.
Những ứng dụng rất đa dạng nhƣ là: bơm nƣớc, tƣới nông nghiệp, cối xay ngũ
cốc,… và xử lý những sản phẩm khác nhƣ: đồ gia vị, ca cao, sơn và thuốc lá.
Trong khi việc ứng dụng tiếp tục vào trong thế kỷ 19, việc sử dụng những
cối xay gió trụ tháp lớn hơn suy giảm với việc sử dụng những động cơ hơi nƣớc
tăng lên.
1.1.3. Vai trò của những hệ thống nhỏ hơn
Hàng trăm năm nay, ứng dụng quan trọng nhất của những cối xay gió ở
mức sinh hoạt đã hiện thực hóa sử dụng bơm nƣớc liên quan đến những hệ thống
nhỏ với đƣờng kính rô to từ một tới vài mét. Những hệ thống này đƣợc hoàn thiện
ở Hoa Kỳ trong thế kỷ 19, bắt đầu với cối xay gió Halladay năm 1854 và tiếp tục
tới những thiết kế Dempster và Aermotor, mà vẫn còn sử dụng ngày nay.
Những cối xay đầu tiên có bốn cánh làm bằng gỗ. Hầu hết cối xay có đuôi
để định hƣớng theo hƣớng gió. Điều khiển tốc độ của vài mô hình đƣợc thực
hiện bởi phần bản lề điều chỉnh cánh, vì thế nó có thể gập lại giống nhƣ một cái
dù khi có gió lớn, hoạt động mà sẽ làm giảm bớt diện tích đón gió của rô to.
Tính quan trọng nhất của cối xay gió loại cánh quạt ở Mỹ là sự phát triển
những cánh quạt bằng thép vào năm 1870 nhƣ hình dƣới.
1.1.4. Sự phát triển của thế kỷ 20
Ảnh hƣởng rõ ràng nhất của điện gió trong thế kỷ 20 là việc sử dụng điện
tăng lên. Nhƣng ta sẽ bắt đầu với những gì trong quá khứ.
1.1.4.1. Sử dụng năng lƣợng gió quy mô lớn đầu tiên để phát điện
Sử dụng tua bin gió lớn đầu tiên để phát điện là một hệ thống xây dựng ở
Cleveland, Ohio Mỹ năm 1888 bởi Charles F. Brush. Máy điện Brush là một cối
xay gió đặt trên trụ với một rô to nhiều cánh có đƣờng kính 17m, có một cái đuôi

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

12

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

lớn để chỉnh rô to theo hƣớng gió. Đây là tua bin gió đầu tiên kết hợp một hộp
số (với tỷ số truyền là 50:1) để điều chỉnh quay máy phát điện ở một tốc độ vận
hành yêu cầu (trong trƣờng hợp này là 500 vòng/phút).
Năm 1891, Dane Poul La Cour phát triển máy điện gió có công suất điện ở
đầu ra đầu tiên kết hợp nguyên lý thiết kế khí động học đã sử dụng tốt ở các cối
xay gió trụ tháp ở Châu Âu. Tốc độ cao hơn của rô to La Cour tạo ra những cối
xay gió trong thực tế hoàn toàn cho phát điện. Trƣớc chiến tranh thế giới thứ
nhất, máy điện 25kW đã sử dụng rộng khắp ở Đan Mạch, nhƣng các nhà máy điện
hơi nƣớc chạy bằng nhiên liệu hóa thạch lớn hơn và rẻ hơn đã đẩy những cối xay
gió ra khỏi thƣơng mại.
1.1.4.2. Sử dụng năng lƣợng gió quy mô nhỏ để phát điện
Tua bin gió công suất điện nhỏ đầu tiên đơn giản sử dụng cánh quạt điều
chỉnh để truyền động trực tiếp máy phát điện. Giữa những năm 1920, máy phát
điện gió công suất 1 đến 3kW phát triển bởi những công ty nhƣ là Parris-Dunn và
Jacobs Wind-Electric sử dụng rộng rãi ở các khu vực nông thôn ở phía tây Gread
Plains nƣớc Mỹ. Những hệ thống đƣợc lắp đặt đầu tiên để đốt đèn cho các nông
trại và nạp ắc quy sử dụng cấp nguồn cho các radio. Những sử dụng của họ
đƣợc mở rộng đến toàn bộ mạng điện ứng dụng cho truyền động động cơ điện
một chiều, bao gồm tủ lạnh, máy giặt và các dụng cụ điện.
Sự chuyển giao những hệ thống này đƣợc đẩy nhanh trong thời gian sau
những năm 1930 đến 1940 bởi hai yếu tố: nhu cầu của các nông trại và sự
khuyến khích kinh tế nông thôn c ủ a chính quyền liên bang Mỹ bằng cách mở
rộng lƣới điện thông qua những khu vực này.
1.2. Khái quát về năng lƣợng gió
1.2.1. Khái niệm năng lƣợng gió

Năng lƣợng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái
Đất. Năng lƣợng gió là một hình thức gián tiếp của năng lƣợng mặt trời. Sử dụng
năng lƣợng gió là một trong các cách lấy năng lƣợng xa xƣa nhất từ môi trƣờng tự
nhiên và đã đƣợc biết đến từ thời kỳ Cổ đại.

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

13

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

1.2.2. Sự hình thành năng lƣợng gió
Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí
quyển, nƣớc và không khí nóng không đều nhau. Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt
ban đêm, bị che khuất không nhận đƣợc 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 nhƣ 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.
Do bị ảnh hƣởng bởi hiệu ứng Coriolis đƣợc tạo thành từ sự quay quanh trục
của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động
thắng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và
Nam bán cầu. Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí di chuyển vào một
vùng áp thấp ngƣợc với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng áp cao theo chiều
kim đồng hồ. Trên Nam bán cầu thì chiều hƣớng ngƣợc lại.

Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên gió cũng bị ảnh hƣởng bởi địa hình tại
từng địa phƣơng. Do nƣớc và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất nóng
lên nhanh hơn nƣớc, 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 nƣớc và hiệu ứng này xảy ra
theo chiều ngƣợc lại.
1.2.3. Vật lý học về năng lƣợng gió
Năng lƣợng gió là động năng của không khí chuyển động với vận tốc v. Khối
lƣợng đi qua một mặt phẳng hình tròn vuông góc với chiều gió trong thời gian t là:

với ρ là tỷ trọng của không khí, V là thể tích khối lƣợng không khí đi qua mặt cắt
ngang hình tròn diện tích A, bán kính r trong thời gian t.
Vì thế động năng E (kin) và công suất P của gió là:

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

14

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

Điều đáng chú ý là công suất gió tăng theo lũy thừa 3 của vận tốc gió và vì thế
vận tốc gió là một trong những yếu tố quyết định khi muốn sử dụng năng lƣợng gió.
Công suất gió có thể đƣợc sử dụng, thí dụ nhƣ thông qua một tuốc bin gió để phát
điện, nhỏ hơn rất nhiều so với năng lƣợng của luồng gió vì vận tốc của gió ở phía
sau một tuốc bin không thể giảm xuống bằng không. Trên lý thuyết chỉ có thể lấy
tối đa là 59,3% năng lƣợng tồn tại trong luồng gió. Trị giá của tỷ lệ giữa công suất
lấy ra đƣợc từ gió và công suất tồn tại trong gió đƣợc gọi là hệ số Betz (xem Định
luật Betz), do Albert Betz tìm ra vào năm 1926.

Có thể giải thích một cách dễ hiểu nhƣ sau: Khi năng lƣợng đƣợc lấy ra khỏi
luồng gió, gió sẽ chậm lại. Nhƣng vì khối lƣợng dòng chảy không khí đi vào và ra
một tuốc bin gió phải không đổi nên luồng gió đi ra với vận tốc chậm hơn phải mở
rộng tiết diện mặt cắt ngang. Chính vì lý do này mà biến đổi hoàn toàn năng lƣợng
gió thành năng lƣợng quay thông qua một tuốc bin gió là điều không thể đƣợc.
Trƣờng hợp này đồng nghĩa với việc là lƣợng không khí phía sau một tuốc bin gió
phải đứng yên.
1.2.4. Sử dụng năng lƣợng gió
Vì gió không thổi đều đặn nên năng lƣợng điện phát sinh từ các tuốc bin gió chỉ
có thể đƣợc sử dụng kết hợp chung với các nguồn năng lƣợng khác để cung cấp
năng lƣợng liên tục. Tại châu Âu, các tuốc bin gió đƣợc nối mạng toàn châu Âu,
nhờ vào đó mà việc sản xuất điện có thể đƣợc điều hòa một phần. Một khả năng
khác là sử dụng các nhà máy phát điện có bơm trữ để bơm nƣớc vào các bồn chứa ở
trên cao và dùng nƣớc để vận hành tuốc bin khi không đủ gió. Xây dựng các nhà
máy điện có bơm trữ này là một tác động lớn vào thiên nhiên vì phải xây chúng trên
các đỉnh núi cao.
Mặt khác vì có ánh sáng Mặt Trời nên gió thổi vào ban ngày thƣờng mạnh hơn
HV: Nguyễn Hoàng Sơn

15

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

vào đêm và vì vậy mà thích ứng một cách tự nhiên với nhu cầu năng lƣợng nhiều
hơn vào ban ngày. Công suất dự trữ phụ thuộc vào độ chính xác của dự báo gió, khả
năng điều chỉnh của mạng lƣới và nhu cầu dùng điện.
Ngƣời ta còn có một công nghệ khác để tích trữ năng lƣợng gió. Cánh quạt gió

sẽ đƣợc truyền động trực tiếp để quay máy nén khí. Động năng của gió đƣợc tích
lũy vào hệ thống nhiều bình khí nén. Hệ thống hàng loạt bình khí nén này sẽ đƣợc
luân phiên tuần tự phun vào các tuabin để quay máy phát điện. Nhƣ vậy năng lƣợng
gió đƣợc lƣu trữ và sử dụng ổn định hơn (dù gió mạnh hay gió yếu thì khí vẫn luôn
đƣợc nén vào bình, và ngƣời ta sẽ dễ dàng điểu khiển cƣờng độ và lƣu lƣợng khí
nén từ bình phun ra), hệ thống các bình khí nén sẽ đƣợc nạp khí và xả khí luân
phiên để đảm bảo sự liên tục cung cấp năng lƣợng quay máy phát điện (khi 1 bình
đang xả khí quay máy phát điện thì các bình khác sẽ đang đƣợc cánh quạt gió nạp
khí nén vào).
Nếu cộng tất cả các chi phí bên ngoài (kể cả các tác hại đến môi trƣờng thí dụ
nhƣ vì thải các chất độc hại) thì năng lƣợng gió bên cạnh sức nƣớc là một trong
những nguồn năng lƣợng rẻ tiền nhất.
Phát triển năng lƣợng gió đƣợc tài trợ tại nhiều nƣớc không phụ thuộc vào
đƣờng lối chính trị, thí dụ nhƣ thông qua việc hoàn trả thuế (tại Hoa Kỳ), các mô
hình hạn ngạch hay đấu thầu (thí dụ nhƣ tại Anh, Ý) hay thông qua các hệ thống giá
tối thiểu (thí dụ nhƣ Đức, Tây Ban Nha, Áo, Pháp, Bồ Đào Nha, Hy lạp). Hệ thống
giá tối thiểu ngày càng phổ biến và đã đạt đƣợc một giá điện bình quân thấp hơn
trƣớc, khi công suất các nhà máy lắp đặt cao hơn.
Trên nhiều thị trƣờng điện, năng lƣợng gió phải cạnh tranh với các nhà máy
điện mà một phần đáng kể đã đƣợc khấu hao toàn bộ từ lâu, bên cạnh đó công nghệ
này còn tƣơng đối mới. Vì thế mà tại Đức có đền bù giá giảm dần theo thời gian từ
những nhà cung cấp năng lƣợng thông thƣờng dƣới hình thức Luật năng lƣợng tái
sinh, tạo điều kiện cho ngành công nghiệp trẻ này phát triển. Bộ luật này quy định
giá tối thiểu mà các doanh nghiệp vận hành lƣới điện phải trả cho các nhà máy sản
xuất điện từ năng lƣợng tái sinh. Mức giá đƣợc ấn định giảm dần theo thời gian.

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

16

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

Ngƣợc với việc trợ giá (thí dụ nhƣ cho than đá Đức) việc khuyến khích này không
xuất phát từ tiền thuế, các doanh nghiệp vận hành lƣới điện có trách nhiệm phải
mua với một giá cao hơn.
Bên cạnh việc phá hoại phong cảnh tự nhiên những ngƣời chống năng lƣợng
gió cũng đƣa ra thêm các lý do khác nhƣ thiếu khả năng trữ năng lƣợng và chi phí
cao hơn trong việc mở rộng mạng lƣới tải điện cũng nhƣ cho năng lƣợng điều chỉnh.
1.3. Tình hình phát triển, ứng dụng năng lƣợng gió trên thế giới và Việt
Nam
1.3.1. Tổng quan
Năng lƣợng tái tạo hay năng lƣợng tái sinh là năng lƣợng từ những nguồn liên
tục mà theo chuẩn mực của con ngƣời là vô hạn. Nguyên tắc cơ bản của việc sử
dụng năng lƣợng tái sinh là tách một phần năng lƣợng từ các quy trình diễn biến
liên tục trong môi trƣờng, đƣa vào trong các ứng dụng kỹ thuật. Hầu hết các năng
lƣợng tái tạo đƣợc tạo từ mặt trời.
Ngƣợc lại với việc sử dụng các quy trình này là việc khai thác các nguồn năng
lƣợng hữu hạn nhƣ than đá hay dầu mỏ, những nguồn năng lƣợng mà ngày nay
đang cạn kiệt do tiêu dùng, hầu nhƣ không tạo đƣợc ra thêm.
Theo số liệu của Renewable Energy Policy Network for the 21st Century
(REN21) (Một mạng chính sách toàn cầu cung cấp một diễn đàn cho những quốc
gia dẫn đầu về sử dụng năng lƣợng tái tạo), ứng dụng năng lƣợng tái tạo cho cuộc
sống hiện đang phát triển mạnh mẽ. Đầu tƣ hàng năm trên thế giới cho năng lƣợng
tái tạo rất lớn (năm 2005 là 40 tỷ đô la Mỹ, năm 2006 là 55 tỷ $, năm 2007 lên đến
khoảng 71 tỷ $).
Bảng 1.1: Thông số chỉ thị đầu tƣ
Thông số chỉ thị

2005
Đầu tƣ cho năng lƣợng mới (hàng năm)
40
Công suất năng lƣợng tái tạo (trừ thủy điện lớn)
182
Công suất năng lƣợng tái tạo (có thủy điện lớn)
930
Công suất tuabine gió (hiện có)
59
Pin mặt trời nối lƣới (hiện có)
3,5
Sản lƣợng pin mặt trời (hàng năm)
1,8
HV: Nguyễn Hoàng Sơn

17

2006
55
207
970
74
5,1
2,5

2007 (ƣớc)
71 tỷ ($)
240 GW
1010 GW
95 GW

7,8 GW
3,8 GW

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

Sản lƣợng Ethanol (hàng năm)
33
39
46 tỷ lít
Sản lƣợng Biodiesel (hàng năm)
3,9
6
8 tỷ lít
Sơ đồ dƣới đây biểu diễn tăng trƣởng của đầu tƣ hàng năm cho năng lƣợng tái
tạo xét từ năm 1995 đến 2007.
Hình 1.1. Biểu diễn tăng trƣởng đầu tƣ hàng năm

Biểu đồ dƣới đây thể hiện công suất năng lƣợng tái tạo của thế giới, các nƣớc
phát triển, châu Âu và 6 nƣớc dẫn đầu.
Hình 1.2: Công suất năng lƣợng tái tạo của thế giới

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

18

KTĐ2009

Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

1.3.2. Tình hình phát triển và ứng dụng năng lƣợng gió trên thế giới
Năng lƣợng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển trái
đất. Năng lƣợng gió là một hình thức gián tiếp của năng lƣợng mặt trời. Sử dụng
năng lƣợng gió là một trong các cách lấy năng lƣợng xa xƣa nhất từ môi trƣờng tự
nhiên và đã đƣợc biết đến từ thời kỳ Cổ đại.
Bức xạ Mặt trời chiếu xuống bề mặt Trái đất không đồng đều làm cho bầu khí
quyển, nƣớc và không khí nóng không đều nhau. Một nửa bề mặt của Trái đất, mặt
ban đêm, bị che khuất không nhận đƣợc 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 dẫn đến sự khác nhau về áp suất giữa không khí ở xích đạo và 2 cực
cũng nhƣ không khí giữa bán cầu ban ngày và bán cầu ban đêm của Trái đất. Sự
chênh lệch về áp suất khí quyển tạo sự di chuyển không khí từ vùng có áp suất cao
tới vùng có áp suất thấp 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.
Do bị ảnh hƣởng bởi hiệu ứng Coriolis đƣợc 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 ngƣợc với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng áp cao theo chiều
kim đồng hồ. Trên Nam bán cầu chiều hƣớng ngƣợc lại.
Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên, gió cũng bị ảnh hƣởng bởi địa hình tại
từng địa phƣơng. Do nƣớc và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất nóng
lên nhanh hơn nƣớc, 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 nƣớc và hiệu ứng này xảy ra
theo chiều ngƣợc lại.

Theo số liệu của Earth Policy Institute, năng lƣợng điện gió phát triển mạnh
nhất trong lĩnh vực năng lƣợng tái tạo, tính đến năm 2007 đạt hơn 94 GW lắp đặt
trên thế giới.
HV: Nguyễn Hoàng Sơn

19

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

Hình 1.3: Tổng công suất đã lắp đặt turbine gió phát điện trên thế giới

Bảng 1.2: Tổng công suất lắp đặt, lắp đặt thêm hàng năm của thế giới
Tổng công suất lắp đặt, lắp đặt thêm hàng năm của thế giới, 1980-2007
Năm

Tổng công suất tích lũy

Lắp mới hàng năm

Tỷ lệ tăng trƣởng

MW

MW

%

2000

17.400

3.800

27,9

2001

23.900

6.500

37,4

2002

31.100

7.200

30,1

2003

39.431

8.331

26,8

2004

47.620

8.189

20,8

2005

59.091

11.471

24,1

2006

74.133

15.042

25,5

2007

94.122

19.989

27

Source: Earth Policy Institute

Dƣới đây là bảng thống kê một số nƣớc dẫn đầu về phát triển công suất lắp đặt
điện gió và tổng công suất lắp đặt từng năm trên thế giới.

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

20

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

Bảng 1.3: Tổng công suất lắp đặt điện gió trên thế giới 2000-2007
Tổng công suất lắp đặt điện gió ở một số nƣớc và toàn thế giới. 2000-2007
Year Germany

U.S.

Spain

India China

Denmark

Other

World

MW
2000

6.104

2.578

2.235

1.220

346

2.300

2.617

17.400

2001

8.754

4.275

3.337

1.456

402

2.417

3.259

23.900

2002

11.994

4.685

4.825

1.702

469

2.880

4.545

31.100

2003

14.609

6.372

6.203

2.125

567

3.110

6.445

39.431

2004

16.629

6.725

8.263

3.000

764

3.117

9.122

47.620

2005

18.415

9.149

10.027 4.430 1.260

3.128

12.682

59.091

2006

20.622

11.575 11.623 6.270 2.604

3.136

18.303

74.133

2007

22.247

16.818 15.145 8.000 6.050

3.125

22.737

94.122

Source: Earth Policy Institute
Bảng 1.4: Công suất lắp đặt thêm điện gió năm 2007 ở 10 nƣớc đứng đầu
Tổng công suất lắp đặt thêm điện gió năm 2007 ở 10 nƣớc đứng đầu
Quốc gia

Lắp mới 2007

Thị phần

(MW)

(%)

United States

5.244

26,1

Spain

3.522

17,5

China

3.449

17,2

India

1.730

8,6

Germany

1.667

8,3

France

888

4,4

Italy

603

3

Portugal

434

2,2

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

21

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

United Kingdom

427

26,1

Canada

386

17,5

Source: Global Wind Energy Council.

1.3.3. Tình hình phát triển và ứng dụng năng lƣợng gió tại Việt Nam
Mạng lƣới điện quốc gia Việt Nam tuy phát triển nhanh trong những năm gần
đây nhƣng cũng chƣa thể phủ kín tới các vùng xa xôi hẻo lánh, các vùng đảo. Khai
thác sử dụng các nguồn năng lƣợng tại chỗ nhƣ năng lƣợng gió và mặt trời cho các
đảo và các vùng nông thôn xa xôi là rất hợp lý, góp phần phát triển kinh tế - văn hoá,
cải thiện đời sống ngƣời dân các vùng này; đồng thời thực hiện chính sách phát
triển nông thôn, miền núi, hải đảo ... của Nhà nƣớc ta hiện nay.
Lãnh thổ Việt Nam có một tiềm năng gió phong phú tại vùng duyên hải và hải
đảo, tổng lƣợng bức xạ mặt trời trên cả nƣớc tƣơng đối tốt. Do vậy, gió và bức xạ
mặt trời là nguồn tài nguyên thiên nhiên vô tận cần quan tâm khai thác, đặc biệt là
trên các hải đảo.
Việt Nam có thể khai thác hai nguồn năng lƣợng này trong nhiều lĩnh vực phát
triển kinh tế, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất điện năng.
Vấn đề đánh giá tính khả thi khai thác năng lƣợng gió và mặt trời tại các đảo
và vùng nông thôn Việt Nam đƣợc đặt ra nhằm đƣa ra các giải pháp khai thác hợp
lý năng lƣợng sạch phục vụ đồng bào và chiến sỹ vùng không có điện lƣới quốc gia
đồng thời bảo vệ chủ quyền lãnh thổ một số đảo của Việt Nam.
Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa một năm có 2 mùa gió rõ rệt,
những tháng giao mùa thƣờng gió yếu. Hàng năm có nhiều cơn bão đi qua, chế độ
gió thay đổi thƣờng xuyên nên việc ứng dụng năng lƣợng gió phát điện có nhiều
hạn chế.
Năng lƣợng gió phát điện ở Việt Nam nƣớc ta chƣa phát triển do còn gặp nhiều
khó khăn, cản trở: Chính sách, vốn đầu tƣ nghiên cứu, điều kiện khí hậu, công nghệ,

nhân lực....
Có nhiều cơ quan trong nƣớc cùng nghiên cứu phát triển năng lƣợng gió trong
HV: Nguyễn Hoàng Sơn

22

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

điều kiện kinh phí hạn hẹp, thiếu cơ sở thực nghiệm, phòng thí nghiệm tạo ra sự
manh mún, chồng chéo và lặp lại. Nhân lực phần lớn không đƣợc đào tạo cơ bản,
không nắm đƣợc lý thuyết chuyên sâu, không có kinh nghiệm thực tế. Nhà nƣớc
chƣa đầu tƣ thích đáng cho nghiên cứu và chƣa có chính sách cụ thể để ƣu đãi phát
triển năng lƣợng gió.
Thực tế kết quả ứng dụng động cơ gió phát điện chỉ mới lắp đặt đƣợc khoảng
1000 thiết bị, chủ yếu là cỡ công suất < 200W và khoảng 120 động cơ gió bơm
nƣớc các loại. Hiện nay số còn hoạt động không nhiều.
Động cơ gió phát điện công suất nhỏ hơn 200W, mức điện áp 12V hoặc 24V
nạp ắc quy đƣợc triển khai ứng dụng chủ yếu cho các hộ gia đình. Chất lƣợng thiết
bị chƣa ổn định, vận hành hệ thống đơn giản, đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng điện
cho một hộ gia đình ở những vùng không có lƣới điện nhƣng có gió tốt. Viện Năng
lƣợng và một số cơ quan khác đã thành công trong mẫu động cơ gió nhỏ. Với
những mẫu động cơ gió phát điện lớn hơn cũng đƣợc chế tạo thử nghiệm nhƣng
không đƣợc ứng dụng rộng rãi.
Những động cơ gió phát điện ngoại nhập phần nhiều có công suất từ 200W500W từ các nƣớc: Úc, Mỹ, Trung Quốc... trọn bộ (trừ cột). Chất lƣợng tốt, số
lƣợng chƣa đáng kể. Một số động cơ gió phát điện trọn bộ ngoại nhập công suất lớn
hơn nhƣ động cơ gió kiểu West Wind 1,8 kW đang hoạt động tốt tại Kon Tum,
động cơ gió 30kW tại Hải Hậu hiện tại không làm việc do địa điểm không có gió tốt,

động cơ gió 800kW đã lắp đặt và đang vận hành tại Bạch Long Vỹ, đến tháng
6/2006 hệ thống gặp sự cố không hoạt động nữa. Động cơ gió 800kW lắp đặt ở
Bạch Long Vỹ đƣợc hoạt động trong hệ thống lai ghép với nguồn diesel và cấp điện
lên lƣới độc lập.
Hiện tại, ở Việt Nam đã có nhiều dự án gió phát điện nối với lƣới điện quốc gia,
nhƣng mới chỉ dừng lại ở giai đoạn Báo cáo đầu tƣ vì các số liệu về tiềm năng gió
chƣa có đủ độ tin cậy, chƣa có khung chính sách và thể chế cụ thể để phát triển thực
hiện các dự án gió, nên chƣa có các nhà kinh doanh nào dám mạo hiểm đầu tƣ vào
lĩnh vực này.

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

23

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

Hiện tại có các dự án gió đang triển khai ở các mức độ khác nhau:
 Các dự án Gió phát điện tại Bình Định
 Các dự án điện gió tại tỉnh Ninh Thuận
 Các dự án điện gió tại tỉnh Bình Thuận
 Các dự án điện gió tại tỉnh Lâm Đồng
 Các dự án điện gió tại Lý Sơn
 Các dự án điện gió tại Phú Quí
 Các dự án điện gió tại Phú Quốc
 Các dự án điện gió tại Côn Đảo...
Hiện nay dự án điện gió do Công ty cổ phần Năng lƣợng tái tạo Việt Nam tại
Tuy Phong, Bình Thuận đang dẫn đầu, triển khai giai đoạn 1 với công suất 30MW,

đã nhập khẩu từ Đức 5 máy phát điện gió 1,5 MW/ máy, thiết bị đã đến Việt Nam.
Lắp đặt xong 5 máy năm 2009.
Hiện nay Việt Nam chƣa có một trang trại gió nào chính thức hoạt động bán
điện cho lƣới, chỉ mới có một dự án đang triển khai dở dang giai đoạn 1 lắp dựng
xong 7,5MW trong tổng số 30 MW. Kinh nghiệm của Việt Nam còn quá ít trong
vấn đề này. Vì vậy, để đề xuất suất đầu tƣ tiêu biểu cho tính toán giá thành điện gió,
cần thiết phải tham khảo từ các nguồn sau:
1.4. Suất đầu tƣ dự án gió
Từ khi bắt đầu chính thức khai thác thƣơng mại NL gió cho đến năm 2004, suất
đầu tƣ của các nhà máy điện gió đã giảm dần, do kích cỡ công suất của tua bin tăng
liên tục, thiết kế, và sử dụng vật liệu đƣợc cải tiến. Số liệu về suất đầu tƣ của Đan
Mạch và Mỹ chỉ ra cho biết xu thế này. Tuy nhiên từ năm 2004 đến 2009, suất đầu
tƣ lại có xu thế tăng. Suất đầu tƣ ở Đan Mạch năm 2009, trung bình là
1400US$/kW, trong khi đó ở Mỹ là 1900US$/kW. Giá trung bình thế giới năm
2009 là 1750US$/kW, mức giá dao động của nhiều nhà máy trong khoảng 14002100US$/kW (Milbrrow, 2010). Giá ở một thị trƣờng khác có thể thấp hơn, chẳng
hạn nhƣ ở Trung Quốc giai đoạn 2008-2009 là 1000-1350US$/kW, thấp là do tua
bin và phần lớn các thiết bị khác đƣợc chế tạo tại Trung Quốc (Hiệp hội gió Trung
HV: Nguyễn Hoàng Sơn

24

KTĐ2009


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học

Quốc, 2009; Li và Ma, 2009; Li, 2010).
Hình 1.4: Suất đầu tƣ trung bình tại Đan Mạch (1982-2009)

Nguồn: Nielson et al., 2010

Theo báo cáo thị trƣờng năng lƣợng gió năm 2009 của Hiệp hội năng lƣợng gió
Mỹ cho thấy chi phí đầu tƣ trung bình cho dự án gió của Mỹ cao hơn 2000$/kW
trong năm 2009 (các dự án riêng lẻ biến thiên từ 1400-4100$/kW).
Hình 1.5: Suất đầu tƣ trung bình tại Mỹ (1982-2009)

HV: Nguyễn Hoàng Sơn

25

KTĐ2009