NGHIÊN cứu GIẢI PHÁP và CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG ðiều KHIỂN ổn ÐỊNH ðiện áp máy PHÁT ðiện sức GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
-----------

 ----------

PHẠM THỊ LAN HƯƠNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG
ðIỀU KHIỂN ỔN ðỊNH ðIỆN ÁP MÁY PHÁT ðIỆN
SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
-----------

 ----------

PHẠM THỊ LAN HƯƠNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG
ðIỀU KHIỂN ỔN ðỊNH ðIỆN ÁP MÁY PHÁT ðIỆN
SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

CHUYÊN NGÀNH

: KỸ THUẬT ðIỆN

MÃ SỐ

: 60.52.02.02

NGƯỜI HƯỚNG DẪN : PGS.TS. TRẦN MẠNH HÙNG

HÀ NỘI - 2014


LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan, Luận văn “Nghiên cứu giải pháp và công nghệ ứng dụng
ñiều khiển ổn ñịnh ñiện áp máy phát ñiện sức gió công suất nhỏ” ñã ñược thực hiện
và hoàn thành trong quá trình khóa học tập, nghiên cứu và làm việc của tôi tại Trường
ðại học Nông nghiệp Hà Nội và Viện Cơ ñiện nông nghiệp và Công nghệ sau thu
hoạch, ñồng thời dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS. Trần Mạnh Hùng Trưởng Phòng Thí nghiệm Cơ ñiện VILAS019 thuộc Viện Cơ ñiện nông nghiệp và
Công nghệ sau thu hoạch.
Tôi xin cam ñoan: Luận văn này ñã ñược thực hiện trong thời gian từ 2012 ñến
2014. Các số liệu sử dụng trong thuyết minh, kết quả phân tích và tính toán ñược tìm
hiểu qua các tài liệu. Kết quả công bố trong luận văn là trung thực, có nguồn trích dẫn
và chưa ñược công bố trong các công trình nghiên cứu khác.

Hà Nội, ngày

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

tháng

năm 2014

Page i


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn với ñề tài: “Nghiên cứu giải pháp và công
nghệ ứng dụng ñiều khiển ổn ñịnh ñiện áp máy phát ñiện sức gió công suất nhỏ”,
ñến nay luận văn của tôi ñã hoàn thành với sự cố gắng học hỏi, nghiên cứu của bản
thân và sự giúp ñỡ của các thầy, cô giáo cùng ñồng nghiệp tại Trường ðH Nông
nghiệp Hà Nội.
Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến PGS. TS Trần Mạnh
Hùng về sự hướng dẫn tận tình, truyền ñạt nhiều kiến thức và kinh nghiệm chuyên
ngành quý báu giúp tôi hoàn thành Luận văn. ðồng thời tôi xin cảm ơn sự giúp ñỡ
tạo ñiều kiện của Nhà trường, Khoa Cơ ñiện – Trường ðại học Nông nghiệp Hà
Nội, các ý kiến ñóng góp bổ ích của các Thầy Cô giáo, ñồng nghiệp Bộ môn Tự
ñộng hóa & Bộ môn Hệ thống ñiện trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thiện
Luận văn cao học này.
Tuy ñã rất cố gắng, Bản luận văn không tránh khỏi có những thiếu sót và khiếm
khuyết. Tôi rất mong nhận ñược các ý kiến ñóng góp của các thầy cô giáo, ñồng
nghiệp ñể hoàn thiện và nâng cao hơn nữa chất lượng của Luận văn và hướng nghiên
cứu sau này.
Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Học viên

Phạm Thị Lan Hương

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

Page ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ðOAN ......................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
MỤC LỤC .................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ viii
DANH MỤC HÌNH, ðỒ THỊ ..................................................................................... ix
PHẦN NÓI ðẦU........................................................................................................ 1
1. Tính cấp thiết của ñề tài ........................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................................... 2
4. Cấu trúc của luận văn............................................................................................... 2
Chương 1 - TỔNG QUAN ......................................................................................... 3
1.1 Khái quát chung ..................................................................................................... 3
1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng ñiện sức gió trên thế giới ...................................... 5
1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng ñiện sức gió ở Việt Nam ...................................... 8
1.3.1 Tiềm năng năng lượng gió Việt Nam .................................................................. 8
1.3.2 Hiện trạng nghiên cứu, ứng dụng ñiện sức gió ở Việt Nam ............................... 10
1.4 Công nghệ và hệ thống máy phát ñiện sức gió ..................................................... 11
1.5 Khái quát ổn ñịnh ñiện áp .................................................................................... 21
1.6 Kết luận chương 1................................................................................................ 22
Chương 2 - PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU .................... 24
2.1 Phương pháp nghiên cứu...................................................................................... 24
2.2 Phương tiện nghiên cứu ....................................................................................... 24
Chương 3 - CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ............................................... 27
3.1 Khái quát chung ................................................................................................... 27
3.1.1 Công suất của hệ thống máy phát ñiện sức gió .................................................. 28
3.1.2 ðiều khiển tuabin gió ........................................................................................ 28
3.1.3 Máy phát ñiện từ trở thay ñổi SRG và các phương pháp ñiều khiển .................. 30

3.1.3.1 Cấu tạo máy phát ñiện từ trở thay ñổi SRG .................................................... 30
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page iii


3.1.3.2 Nguyên lý làm việc của máy phát SRG .......................................................... 31
3.1.3.3 Phương pháp ñiều khiển máy phát ñiện SRG ................................................. 32
3.1.4 Bộ biến ñổi công suất ........................................................................................ 33
3.1.5 Bộ ñiều khiển .................................................................................................... 35
3.1.6 Bộ cảm biến dòng ñiện và bộ cảm biến vị trí ..................................................... 36
3.2 Thiết lập mô hình mô phỏng tốc ñộ gió ................................................................ 36
3.2.1 Luồng gió cơ bản ổn ñịnh.................................................................................. 36
3.2.2 Luồng gió thay ñổi ñột ngột (gió giật) ............................................................... 37
3.2.3 Luồng gió thay ñổi từ từ .................................................................................... 37
3.2.4 Luồng gió ñổi ngẫu nhiên.................................................................................. 38
3.2.5 Mô hình toán học mô phỏng tốc ñộ gió ............................................................. 38
3.3 Thiết lập mô hình mô phỏng ñộng học tuabin gió ................................................ 39
3.4 Thiết lập mô hình mô phỏng máy phát từ trở thay ñổi .......................................... 41
3.4.1 Phân tích mô hình toán học tuyến tính của SRG ................................................ 41
3.4.1.1 Quan hệ L - θ ................................................................................................. 42
3.4.1.2 Phương trình dòng ñiện i(θ) của máy phát SRG ............................................. 43
3.4.1.3 Phương trình ñiện áp 1 pha............................................................................. 45
3.4.1.4 Phương trình mô men ñiện từ ......................................................................... 46
3.4.2 Mô hình mô phỏng SRG ................................................................................... 46
3.5 Thiết lập mô hình mô phỏng hệ thống phát ñiện gió mạch hở sử dụng máy phát
SRG ........................................................................................................................... 51
3.6 Mô hình mô phỏng hệ thống phát ñiện gió mạch kín sử dụng máy phát từ trở thay
ñổi ............................................................................................................................. 52
3.6.1 Bộ nghịch lưu hệ thống phát ñiện gió ñộc lập sử dụng máy phát từ trở thay ñổi 52

3.6.1.1 Mô hình toán học tĩnh bộ nghịch lưu ñiện áp.................................................. 53
3.6.1.2 Mô hình toán học bộ nghịch lưu trong hệ tọa ñộ αβ tĩnh................................. 57
3.6.1.3 Mô hình toán học bộ nghịch lưu trong hệ tọa ñộ dq quay ............................... 60
3.6.1.4 ðiều chế ñộ rộng xung các vector không gian ................................................ 62
3.6.1.5 Mô hình mô phỏng bộ nghịch lưu của hệ thống máy phát ñiện sức gió thay ñổi
từ trở.......................................................................................................................... 65

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

Page iv


3.6.2 Mô hình mô phỏng mạch kín hệ thống máy phát ñiện sức gió từ trở thay ñổi .... 65
3.7 ðiều khiển công suất phản kháng trong hệ thống ñiện.......................................... 66
3.7.1 Bù dọc .............................................................................................................. 66
3.7.2 Bù ngang........................................................................................................... 69
Chương 4 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU................................................................... 71
4.1 Kết quả mô phỏng tốc ñộ gió ............................................................................... 71
4.2 Kết quả mô phỏng máy phát SRG ........................................................................ 72
4.2.1 Trường hợp máy phát chạy không tải ................................................................ 72
4.2.2 Trường hợp phụ tải thay ñổi và tốc ñộ quay máy phát không ñổi ...................... 72
4.3 Kết quả mô phỏng ñiện áp phát của hệ thống phát ñiện gió mạch hở ở tốc ñộ gió
khác nhau .................................................................................................................. 73
4.4 Kết quả mô phỏng ñiện áp phát của hệ thống phát ñiện gió mạch kín ................... 74
KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ ...................................................................................... 77
I. Kết luận .................................................................................................................. 77
II. Hướng phát triển ................................................................................................... 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 79
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 82

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

Page v


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết
tắt
AC
APC
BJT
CCC
CO2
DC

Alternating Current
Automatic phase Control
bipolar junction transistor
Chopped Current Control
Carbon dioxide
Direct Current

DFIG

Doubly Fed Induction Generator

DSP
EESG
EU
EVN

EWEA

Digital signal processing
Electrically Excited Sychrous Generator
European Union
VietNam Electricity
European Wind Energy Association
Flexible Alternating Current
Transmission System
Gross Domestic Product
Deutsche Gesellschaft für
Internationale Zusammenarbeit
GATE TURN – OFF SWITCH

FACTS
GDP
GIZ
GTO

Tiếng Anh

Tiếng Việt
ðiện xoay chiều
ðiều khiển pha tự ñộng
Tranzito lưỡng cực nối
ðiều khiển dòng ñiện cắt
Khí CO2
ðiện một chiều
Máy phát ñiện không ñồng bộ kích
từ kép

Xử lý tín hiệu số
Máy phát ñiện ñồng bộ tự kích
Châu Âu
Tập ñoàn ðiện lực Việt Nam
Tổ chức năng lượng gió Châu Âu
Hệ thống truyền tải ñiện xoay chiều
linh hoạt
Tổng sản phẩm quốc nội
Dự án hợp tác Phát triển ðức

Linh kiện có 4 lớp bán dẫn PNPN
ñơn vị ño công suất P trong hệ ño
W
Watt
lường quốc tế
GW
Gigawat Watt
1 × 109 W
HVG
High Voltage Generator
Máy phát ñiện cao áp
Hz
Hertz
ðơn vị ño tần số
IEA
International Energy Agency
Cơ quan năng lượng quốc tế
IGBT
Insulated Gate Bipolar Transistor
Transistor có cực ñiều khiển cách ly

KHCN
Khoa học công nghệ
kWh
KiloWatt hour
103 Wh
MoIT
Ministry of Industry and Trade
Bộ Công thương
Metal-Oxide Semiconductor Field- Transistor hiệu ứng trường Oxit
MOSFET
Effect Transistor
Kim loại - Bán dẫn
MPPT
Maximum Power Point Tracking
ðiều khiển bám sát công suất cực ñại
MW
Mega Watt
1 × 106 W
NOx
Nitric oxide
Khí NO, NO2...
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page vi


OLTC
PMSG
PWM
REVN

rpm
SCIG
SO2
SRG
SVPWM
TFG
THD
TNHH
TWh
USD
WB
WRIG

On Lap Tap Changer
Thiết bị thay ñổi tải
Permanent Magnet Synchronuos
Máy phát ñiện ñồng bộ từ trường
Generator
vĩnh cửu
Pulse Width modulation
ðiều khiển ñộ rộng xung
Vietnam Renewable Energy Joint Công ty Cổ phần Năng lượng Tái
Stock Company
tạo Việt Nam
Revolutions per minute
Vòng/phút
Máy phát ñiện không ñồng bộ lồng
Squirrel Cage Induction Generator
sóc
Sulfur dioxide

Lưu huỳnh ñiôxit
Switched Relutance Generator
Máy phát ñiện từ trở thay ñổi
ðiều chế ñộ rộng xung vector
Space Vector Pulse Width Modulation
không gian
Transverse Flux Generator
Máy phát ñiện từ ngang
Total Hamonics Distortion
Tổng ñộ méo dạng sóng hài
Trách nhiệm hữu hạn
TeraWatt-hours
1012 Wh
United States dollar
ðồng ñô la Mỹ
World Bank
Ngân hàng Thế giới
Máy phát ñiện không ñồng bộ kiểu
Wound Rotor Induction Generator
dây quấn

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

Page vii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 - Phân loại nguồn năng lượng theo tốc ñộ gió ở ñộ cao 65m ......................... 8
Bảng 1.2 - Số liệu tốc ñộ gió ở ñộ cao 65 m theo nguồn của EVN và WB ................... 9
Bảng 1.3 - Tiềm năng năng lượng gió tại ñộ cao 80m .................................................. 9

Bảng 1.4 - ðặc trưng công nghệ hệ thống máy phát ñiện sức gió ............................... 15
Bảng 3.1 - Thông số của máy phát SRG 3 pha 6/4 cực 750 W ................................... 46
Bảng 3.2 - Bảng trạng thái và giá trị ñiện áp pha chuyển ñổi...................................... 63
Bảng 4.1 - Thông số mô phỏng sự thay ñổi tốc ñộ gió ............................................... 71
Bảng 4.2 – Tiêu chuẩn THD theo các cấp ñiện áp ...................................................... 76

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

Page viii


DANH MỤC HÌNH, ðỒ THỊ
Hình 1.1 - Tỷ lệ sử dụng các nguồn nhiên liệu phát ñiện tại Việt Nam năm 2010 ........ 3
Hình 1.2 – Tổng công suất ñã lắp ñặt máy phát ñiện sức gió trên thế giới .................... 5
Hình 1.3 - Công suất lắp ñặt máy phát ñiện sức gió của ............................................... 6
Hình 1.4 – Dung lượng công suất máy phát ñiện sức gió ñã lắp ñặt hàng năm ............. 7
Hình 1.5 – Sơ ñồ cấu tạo máy phát ñiện sức gió trục ngang ....................................... 13
Hình 1.6 – Sơ ñồ cấu trúc ñiển hình của tổ hợp máy phát ñiện sức gió trục ngang ..... 14
Hình 1.7 - Sơ ñồ nguyên lý hệ thống phát ñiện gió sử dụng máy phát EESG ............. 15
Hình 1.8- Sơ ñồ nguyên lý hệ thống phát ñiện gió sử dụng máy phát PMSG ............. 15
Hình 1.9 - Sơ ñồ nguyên lý hệ thống phát ñiện gió sử dụng máy phát SCIG .............. 16
Hình 1.10 - Sơ ñồ nguyên lý hệ thống phát ñiện gió sử dụng máy phát WRIG ........... 16
Hình 1.11 - Sơ ñồ nguyên lý hệ thống phát ñiện gió sử dụng máy phát DFIG ............ 17
Hình 1.12 - Sơ ñồ nguyên lý hệ thống phát ñiện gió sử dụng máy phát SRG.............. 19
Hình 2.1 – Giao diện khởi ñộng phần mềm Matlab .................................................... 25
Hình 2.2- Giao diện ñể bật Simulink trong Matlab ..................................................... 25
Hình 2.3- Cách tạo các khối trong Matlab/Simulink .................................................. 26
Hình 3.1 - Mô hình hệ thống phát ñiện gió sử dụng máy phát SRG............................ 27
Hình 3.2 - Các vùng làm việc của một tuabin gió ....................................................... 29
Hình 3.3 - Cấu tạo máy phát ñiện SRG ...................................................................... 30

Hình 3.4 - Sơ ñồ nguyên lý làm việc của máy phát ñiện SRG 4 pha ........................... 31
Hình 3.5 - Sơ ñồ nguyên lý bộ biến ñổi công suất ...................................................... 34
Hình 3.6 - Mô hình mô phỏng tốc ñộ gió ................................................................... 39
Hình 3.7 - ðặc tính quan hệ Cp = f(λ) của tuabin gió ................................................. 40
Hình 3.8 - ðường ñặc tính Công suất – Tốc ñộ góc của tuabin gió............................. 40
Hình 3.9 - Mô hình mô phỏng tuabin gió ................................................................... 41
Hình 3.10 - Mô hình mô phỏng quan hệ Cp - λ ........................................................... 41
Hình 3.11 - ðặc tính ñiện cảm của cuộn dây pha SRG khi mạch từ không bão hòa.... 42
Hình 3.12 - Mối tương quan của i(θ) và L(θ) theo vị trí góc rotor θ của máy phát SRG ..... 44
Hình 3.13 - ðặc tính ñiện cảm phi tuyến tính L(θ,i) của máy phát SRG ở các giá trị
dòng ñiện pha khác nhau............................................................................................ 47
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page ix


Hình 3.14 - Mô hình mô phỏng máy phát SRG .......................................................... 47
Hình 3.15 - Mô hình mô phỏng cuộn dây pha A của máy phát SRG .......................... 48
Hình 3.16 - Mô hình mô phỏng bộ biến ñổi công suất................................................ 49
Hình 3.17 - Mô hình mô phỏng pha A của bộ biến ñổi công suất ............................... 49
Hình 3.18 - Mô hình mô phỏng bộ cắt sóng dòng ñiện ............................................... 50
Hình 3.19 - Mô hình kích hoạt góc ñộ ........................................................................ 50
Hình 3.20 – Sơ ñồ cấu trúc hệ thống máy phát ñiện sức gió sử dụng máy phát SRG khi
chưa kết nối lưới ........................................................................................................ 51
Hình 3.21 - Mô hình mô phỏng hệ thống phát ñiện gió mạch hở máy phát SRG ........ 51
Hình 3.22– Sơ ñồ cấu trúc hệ thống phát ñiện sức gió khi kết nối với lưới ................. 52
Hình 3.23 - Sơ ñồ mạch nghịch lưu ñiện áp pha toàn phần ......................................... 53
Hình 3.24 - Sơ ñồ nghịch lưu ñiện áp dây .................................................................. 53
Hình 3.25 - Biến ñổi giữa hai trục tọa ñộ 0abc và 0αβ................................................ 57
Hình 3.26 - Phép biến ñổi giữa hệ trục αβ và hệ tọa ñộ quay dq ................................. 60

Hình 3.27 - Sơ ñồ tín hiệu ñiện áp pha ñầu ra của bộ nghịch lưu ................................ 62
Hình 3.28 – ðồ thị vecto không gian ñiện áp pha ....................................................... 63
Hình 3.29 - ðồ thị tổng hợp vecto .............................................................................. 64
Hình 3.30 - Dạng sóng chuyển mạch ......................................................................... 65
Hình 3.31 - Mô hình mô phỏng bộ nghịch lưu ........................................................... 65
Hình 3.32 - Mô hình mô phỏng hệ thống ñiện sức gió mạch kín ................................ 66
Hình 3.33 - Hệ thống truyền tải có bù dọc.................................................................. 67
Hình 3.34 - Hệ thống truyền tải có bù ngang.............................................................. 70
Hình 4.1 - Kết quả mô phỏng tổ hợp tốc ñộ gió ......................................................... 71
Hình 4.2 - Dạng ñiện áp của máy phát SRG khi không tải ở tốc ñộ quay khác nhau... 72
Hình 4.3- Dạng sóng ñiện áp của máy phát SRG khi thay ñổi tải ở tốc ñộ quay 2000
vòng/phút................................................................................................................... 73
Hình 4.4 - Dạng sóng ñiện áp phát hệ thống phát ñiện gió sử dụng máy phát SRG ở
chế ñộ không tải khi tốc ñộ gió thay ñổi..................................................................... 74
Hình 4.5 - Dạng sóng ñiện áp pha của hệ thống ......................................................... 75
Hình 4.6 - Dạng sóng ñiện áp dây của hệ thống ......................................................... 75
Hình 4.7 - Dạng sóng hệ số THD của hệ thống .......................................................... 76

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

Page x


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

Page xi


PHẦN NÓI ðẦU
1. Tính cấp thiết của ñề tài

Năng lượng là một trong ba nhu cầu thiết yếu của con người (nước, thức ăn và
năng lượng [1]) và là một yếu tố ñầu vào không thể thiếu ñược của hoạt ñộng kinh tế
kỹ thuật công nghệ. Hiện nay, sự cạn kiệt nguồn năng lượng (chủ yếu là năng lượng
hóa thạch) tỷ lệ nghịch với nhu cầu ngày càng tăng của khu vực và trên thế giới, do ñó
vấn ñề an ninh năng lượng của thế giới ñang trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Theo
thống kê Cơ quan năng lượng quốc tế (IEA), các nguồn năng lượng con người ñang
tiêu thụ 41,7% dầu mỏ; 24,7% than; 21% ga; 6% năng lượng nguyên tử; 6% thủy ñiện
và năng lượng gió, mặt trời, ñịa nhiệt, năng lượng sinh học, thủy triều, v.v… chỉ chiếm
khoảng gần 1% nhu cầu năng lượng của con người. Theo dự báo của Cơ quan năng
lượng quốc tế, lượng tiêu thụ năng lượng của thế giới tiếp tục giữ mức như hiện nay,
nhu cầu năng lượng sẽ tăng hơn 30% vào năm 2030. Trong bối cảnh hiện nay, ñảm
bảo an ninh năng lượng phục vụ sự phát triển bền vững, giảm sự phụ thuộc vào nguồn
năng lượng nhập khẩu từ bên ngoài, ñặc biệt là dầu mỏ, trở thành vấn ñề ñặc biệt quan
tâm của mỗi quốc gia.
Theo số liệu từ Viện Năng lượng Việt Nam, dự tính năm 2015 lượng thiếu hụt
nhiên liệu cho sản xuất ñiện khoảng 9 tỉ kWh (ở phương án cao), tương tự năm 2020
thiếu hụt nhiên liệu cho sản xuất ñiện khoảng (35 – 64) tỉ kWh ở phương án cơ sở và
phương án cao, và năm 2030 lượng thiếu hụt nhiên liệu cho sản xuất ñiện lên tới (59 –
192) tỉ kWh. Do ñó, các giải pháp nhập khẩu ñiện, than, khí ñể sản xuất có thể không
ñáp ứng ñược lượng thiếu hụt.
Trước bối cảnh khủng hoảng năng lượng thế giới, sự cạn kiệt các nguồn năng
lượng truyền thống, năng lượng hóa thạch và hiệu ứng lồng kính phá hủy tầng ozon
v.v. tác ñộng xấu ñến môi trường toàn cầu... Từ những thập kỷ cuối của thế kỷ trước
ñòi hỏi các quốc gia tìm kiếm các giải pháp ñể khai thác các nguồn năng lượng mới bổ
sung và thay thế thay thế… ví dụ như năng lượng nguyên tử, các nguồn năng lượng có
nguồn gốc từ mặt trời, gió, nước, thủy triều, năng lượng ñịa nhiệt, sinh khối vv…,
những nguồn năng lượng này có tiềm năng to lớn nhưng ñòi hỏi phải có ñầu tư thích

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

Page 1


ñáng và trình ñộ khoa học công nghệ tiên tiến, sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên
và bảo vệ môi trường.
Do vậy “Nghiên cứu giải pháp và công nghệ ứng dụng ñiều khiển ổn ñịnh
ñiện áp máy phát ñiện sức gió công suất nhỏ” là việc làm có ý nghĩa khoa học và
thực tiễn, góp phần thúc ñẩy sự nghiệp công nghiệp hóa hiện ñại hóa ñất nước…
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nắm ñược công nghệ, tiềm năng năng lượng, ñề xuất giải pháp công nghệ ứng
dụng ñiều khiển ổn ñịnh ñiện áp máy phát ñiện sức gió công suất nhỏ, sử dụng hiệu
quả nguồn năng lượng gió hiện có phục vụ sản xuất và ñời sống, ñặc biệt là các vùng
ven biển, hải ñảo …
- Khai thác và ñào tạo nguồn nhân lực KHCN trong nước, góp phần phát triển
và khai thác tốt các nguồn năng lượng mới năng lượng tái tạo trong nước.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng năng lượng gió trong và ngoài
nước. ðiều tra, khảo sát tiềm năng năng lượng gió các vùng của Việt Nam...
- Nghiên cứu các thông số kết cấu, công nghệ, ñề xuất giải pháp công nghệ ứng
dụng ñiều khiển ổn ñịnh ñiện áp máy phát ñiện sức gió công suất nhỏ.
- Xây dựng mô hình, khảo sát hệ thống ñiều khiển ổn ñịnh ñiện áp máy phát
ñiện sức gió khảo sát trên phần mềm Matlab.
- ðánh giá chất lượng, tính năng hoạt ñộng của mô hình.
4. Cấu trúc của luận văn
Luận văn ngoài phần Mở ñầu, Kết luận và ðề nghị, Tài liệu tham khảo gồm có 4 chương:
Chương 1 – Tổng quan
Chương 2 – Phương pháp và phương tiện nghiên cứu
Chương 3 – Cơ sơ khoa học và thực tiễn
Chương 4 – Kết quả nghiên cứu

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

Page 2


CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN
1.1 Khái quát chung
Trong vòng 10 năm gần ñây (2001-2010), Việt Nam ñã ñạt ñược những bước
tăng trưởng kinh tế nhanh chóng, với tốc ñộ trung bình ñạt 7,2%/năm. Cùng với ñó là
nhu cầu sử dụng ñiện năng trong các ngành kinh tế và sinh hoạt liên tục gia tăng với
tốc ñộ trung bình khoảng 14,5%. Tổng sản lượng ñiện thương phẩm nước ta ñã tăng từ
31,1 tỷ kWh (2001) lên tới 99,1 tỷ kWh (2010), ñiều này có nghĩa là sản lượng ñiện
tiêu thụ ñã tăng hơn 3 lần trong vòng 10 năm. So với năm 2009, sản lượng ñiện thương
phẩm năm 2010 tăng khoảng 14,3%, gấp 2,5 lần so với tốc ñộ tăng trưởng GDP. Tổng
công suất lắp ñặt các nguồn ñiện Việt Nam là 21542 MW, trong ñó nguồn nhiên liệu
sử dụng năng lượng hóa thạch (gas, dầu, than ñá) chiếm 55%, thủy ñiện chiếm 38%,
năng lượng tái tạo (gió, mặt trời…) mới chỉ chiếm có 2% (hình 1.1) [2]. Theo dự báo
của Tổng công ty ñiện lực Việt Nam, nếu tốc ñộ tăng trưởng GDP trung bình là 7,1%
năm thì nhu cầu ñiện của Việt Nam vào năm 2020 khoảng 200000GWh và vào năm
2030 là 327000GWh. Trong khi ñó, cũng theo Tổng công ty dự tính thì ngay cả khi
huy ñộng tối ña các nguồn ñiện truyền thống thì sản lượng ñiện của chúng ta chỉ ñạt
165000GWh vào năm 2020 và 208000 GWh vào năm 2030. ðiều này có nghĩa là nền
kinh tế sẽ bị thiếu hụt ñiện một cách nghiêm trọng và tỷ lệ thiếu hụt có thể lên tới (2030)% mỗi năm [3,4].

Hình 1.1 - Tỷ lệ sử dụng các nguồn nhiên liệu phát ñiện tại Việt Nam năm 2010
Bên cạnh ñó, các nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống trên thế giới nói
chung và Việt Nam nói riêng như dầu, khí ga, than ñá v.v… ngày càng cạn kiệt,
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 3

các khí phát thải CO2, SO2, NOx… gây ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính,
khí hậu biến ñổi. Do vậy, việc tìm kiếm khai thác các nguồn năng lượng sạch thân
thiện với môi trường ñể thay thế như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, khí
sinh học, ñịa nhiệt, thủy triều v.v… là hướng ñi tất yếu ñể ñảm bảo phát triển bền
vững. Trong thập niên gần ñây các nước phát triển như ðức, ðan Mạch, Mỹ v.v…
ñã có những bước phát triển vượt bậc trong ñầu tư nghiên cứu phát triển và ứng
dụng các thành tựu khoa học công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo, ñặc biệt là
ñiện gió vào phát triển kinh tế xã hội và phục vụ ñời sống than thiện môi trường,
góp phần giảm thiểu phát thải khí CO2.v.v..
Gần ñây, biến ñổi khí hậu là mối ñe dọa lớn nhất của thế giới. Nhiều vùng lãnh
thổ, quốc gia trên thế giới phải ñối mặt với những trận mưa bão, lũ lụt lớn chưa từng
có. Trong ñó, Việt Nam ñược là một trong năm nước chịu ảnh hưởng nặng nề nhất. Dự
án nghiên cứu ñánh giá biến ñổi khí hậu của Hiệp hội liên chính phủ thuộc Liên hiệp
quốc ñã cảnh báo: trong thập kỷ tới nhiệt ñộ trung bình trên thế giới sẽ tăng thêm
5,8oC. Dự ñoán này dựa trên tác ñộng của hiệu ứng nhà kính, hiện tượng băng tan ở
Bắc và Nam bán cầu, bão tố, hạn hán xảy ra thường xuyên hơn và nhiều vùng ñất
trũng ñang dần biến mất do lượng phát thải khí CO2, CO, NOX v.v. quá mức vào khí
quyển, do sử dụng các nguyên liệu hóa thạch…
Mặt khác, năng lượng gió ñược ví như dạng "nhiên liệu tự do " và không bị ảnh
hưởng bởi các sự kiện ñịa chính, năng lượng gió không có giá nhiên liệu liên quan ñến
hoạt ñộng của mình sử dụng ngoài việc chi phí hoạt ñộng, tài chính và bảo trì. ðến
năm 2020, gió có thể tiết kiệm chi phí nhiên liệu cho Châu Âu 20,5 tỷ Euro mỗi năm
và 8,2 tỷ USD năm chi phí CO2, do ñó tiết kiệm tổng cộng gần 29 tỷ Euro, tính toán
tiết kiệm chi phí nhiên liệu này ñược dựa trên một giả ñịnh về kinh doanh xăng dầu ở
mức 90 USD/một thùng, thấp hơn nhiều so với giá hiện tại của nó 120USD.
Hiện nay, gió là một giải pháp quy mô lớn có thể cung cấp một phần ñáng kể
của ñiện cần thiết ở châu Âu, ñã ñóng góp 20% năng lượng ở ðan Mạch, 7% ở ðức và
9% ở Tây Ban Nha. ðến năm 2020, EWEA dự kiến 180 GW công suất ñiện gió ñể

cung cấp khoảng (12 – 14) % nhu cầu ñiện của EU, và ñiều này có thể tăng lên ñến
300 GW vào năm 2030, tương ñương (21 - 28) % tiêu thụ EU. Bên cạnh ñó, giá trị mà
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 4


khi tua-bin gió cung cấp cho thị trường châu Âu trong năm 2007 là 11 tỷ Euro, ñến
năm 2020 nó có thể là 16,9 tỷ Euro.
Ngoài ra, năng lượng gió tạo ra công ăn việc làm cũng như tạo ra ñiện, việc làm
ñược tạo ra qua chuỗi giá trị từ sản xuất của các thành phần và các tuabin thông qua
việc cài ñặt và bảo trì các trang trại gió. Ngành công nghiệp khai thác gió hiện ñang sử
dụng khoảng 80000 người ở ðức, khoảng 21600 ở ðan Mạch (2006) và 35000 ở Tây
Ban Nha (2006), tổng số cho toàn bộ châu Âu là khoảng 150000. Mặt khác, theo thống
kê của EWEA trong năm 2008, số lượng lớn nhất các công việc có thể ñược tìm thấy ở
ðức (38000), ðan Mạch (23500) và Tây Ban Nha (20500). Số liệu trên chưa tính ñến
phần ñóng góp của các công ty cung cấp dịch vụ hoặc làm một số hoạt ñộng liên quan
ñến sử dụng năng lượng khác.
1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng ñiện sức gió trên thế giới
Theo thống kê của ngân hàng thế giới, từ năm 1996 ñến năm 2012, công suất phát ñiện
sức gió trên thế giới liên tục tăng, ñặc biệt từ năm 2008 ñến năm 2012 tăng nhanh
(bình quân mỗi năm tăng gần 42 GW công suất ñiện sức gió) (hình 1.2) [5,6].

Hình 1.2 – Tổng công suất ñã lắp ñặt máy phát ñiện sức gió trên thế giới
(1996 – 2012)
Tất cả các máy phát ñiện sức gió ñược lắp ñặt vào cuối năm 2012 trên toàn thế
giới ước tính cung cấp hơn 500 TWh mỗi năm, chiếm khoảng 3% lượng ñiện tiêu thụ
toàn cầu, là tổng nhu cầu ñiện của ðức (nền kinh tế lớn thứ sáu ở châu Âu) [7].

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

Page 5


Năm 2012, trong số 44 quốc gia ñược lắp ñặt công suất sức gió mới thì 10 nước
ñứng ñầu (hình 1.3) chiếm hơn 85% tổng số công suất lắp ñặt trên thế giới, dẫn ñầu là
Trung Quốc tăng 13 GW ñạt 75GW tổng công suất lắp ñặt, Mỹ ñứng thứ hai gần 60
GW, ðức ñứng thứ 3, tiếp theo là Tây Ban Nha và Ấn ðộ. Trong ñó vào cuối năm có
64 quốc gia có công suất lắp ñặt lớn hơn 10 MW, và 24 quốc gia có công suất ñưa vào
hoạt ñộng lớn hơn 1 GW [5].

Hình 1.3 - Công suất lắp ñặt máy phát ñiện sức gió của
10 nước ñứng ñầu trên thế giới tính ñến 2012
Trong giai ñoạn (2009 – 2012), Châu Á có dung lượng công suất máy phát ñiện
sức gió lắp ñặt hàng năm lớn nhất (lớn hơn cả ở Châu Âu và Bắc Mỹ), ñặc biệt năm
2010 và 2011 tổng công suất lắp ñặt máy phát ñiện sức gió lên ñến trên 20000MW gấp
ñôi dung lượng lắp ñặt của Châu Âu và gần gấp 3 lần Bắc Mỹ (Hình 1.4). Trung Quốc
và Ấn ñộ ñóng góp chủ yếu trong sự phát triển này (Phụ lục 1) [6]. Năm 2011, Việt
Nam có tổng dung lượng công suất máy phát ñiện sức gió ñã lắp ñặt 38 MW.
Xu hướng máy phát ñiện sức gió công suất lớn tiếp tục trong năm 2012, với
công suất trung bình tăng ñến 1,8 MW (từ 1,7 GW vào năm 2011). Công suất trung
bình máy phát ñiện sức gió ở ðan Mạch 3,1 MW; 2,4 MW ở ðức; 1,9 MW tại Hoa
Kỳ; 1,6 MW ở Trung Quốc; và 1,2 MW ở Ấn ðộ. Tuabin cũng ñược làm cao hơn và
có cánh dài ñể thu ñược nhiều năng lượng hơn: Repower là máy phát ñiện sức gió cao
nhất từ trước ñến nay với chiều cao trục ñỡ 143 mét, cánh gió 75 mét [8].

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

Page 6

Trên toàn thế giới, 13 quốc gia ñã có máy phát ñiện sức gió hoạt ñộng ven biển
vào cuối năm 2012, thêm 1,3 GW trong tổng số 5,4 GW. Hơn 90 % công suất này
ñược nằm ở ngoài khơi Bắc Âu, thêm 1,2 GW (tăng 35% so với năm 2011) trong tổng
số gần 5 GW của 10 quốc gia. Vương quốc Anh chiếm 73% bổ sung của châu Âu,
phần lớn là do hoàn thành giai ñoạn ñầu tiên của nhà máy London Array (630 MW) ,
trang trại gió ngoài khơi lớn nhất thế giới. Hiện nay xu hướng mở rộng kích thước của
các dự án cá nhân phát triển, trang trại gió lớn nhất châu Âu trên ñất liền Romania
(600 MW) ñã ñược kết nối với lưới ñiện; và trang trại gió lớn nhất nước Mỹ (845
MW) bắt ñầu ñưa vào hoạt ñộng tại Oregon, dự kiến sẽ cung cấp năng lượng 235000
gia ñình ở Mỹ.

Hình 1.4 – Dung lượng công suất máy phát ñiện sức gió ñã lắp ñặt hàng năm
trong giai ñoạn 2005 - 2012
Bên cạnh việc sử dụng máy phát ñiện sức gió công suất lớn thì việc sử dụng
máy phát ñiện quy mô nhỏ cũng ñang tăng lên ñể ñáp ứng nhu cầu năng lượng ñồng
thời do sự thúc ñẩy của khoa học công nghệ phát triển làm chi phí sản xuất biến tần
thấp hơn, giá nhiên liệu hóa thạch tăng và do các ưu ñãi của chính phủ. Lưới ñiện ñộc
lập và lưới nhỏ ñược sử dụng rất phổ biến, ñặc biệt là ở Trung Quốc và các nước ñang
phát triển khác, với các ứng dụng ñang mở rộng và bao gồm ñiện nông thôn, bơm
nước, viễn thông, quốc phòng, và sử dụng ñiều khiển từ xa khác. Có hai dải công suất
riêng biệt: mô hình với công suất dưới 10 kW, và phạm vi (10 - 500) kW. Nhìn chung,

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

Page 7


thị trường ñang phát triển hướng tới 50 kW và tuabin lớn hơn bởi vì họ ñược dễ dàng
hơn trong việc ñầu tư.

Tính ñến cuối năm 2011, trên toàn thế giới có khoảng 730 nghìn máy phát ñiện
sức gió quy mô nhỏ ñang hoạt ñộng, với tổng công suất lắp ñặt 576 MW (tăng 27% so
với năm 2010). Riêng Trung Quốc chiếm tới 40% công suất toàn cầu và Mỹ 35%, tiếp
theo là Vương quốc Anh (11%), ðức (2,6%), Ukraine, Canada, Ý, Ba Lan, và Tây Ban
Nha [5]. Trong năm 2012, tại Mỹ lượng tuabin bán nhỏ ñã bán 18,4 MW, Ở Bắc Mỹ
và châu Âu, thị trường này phát triển chậm hơn.
1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng ñiện sức gió ở Việt Nam

1.3.1 Tiềm năng năng lượng gió Việt Nam
Với ñường bờ biển dài hơn 3000 km và nằm trong vùng khí hậu nhiệt ñới gió
mùa, Việt Nam ñược cho là có tiềm năng rất lớn về gió.
Trong năm 2001 Ngân hàng Thế giới (World Bank – WB) tài trợ xây dựng bản
ñồ gió cho 4 nước – Campuchia, Lào Thái Lan và Việt Nam – nhằm hỗ trợ phát triển
năng lượng gió cho khu vực [9]. Bản nghiên cứu này, với dữ liệu lấy từ các trạm khí
tượng thủy văn cùng với dữ liệu lấy từ mô hình mô phỏng Meso Map, ñưa ra ước tính
sơ bộ về tiềm năng gió ở Việt Nam tại ñộ cao 65 m (bảng1.1). Nghiên cứu chỉ ra rằng
Việt Nam là nước có tiềm năng gió lớn nhất trong bốn nước trong khu vực: hơn 39%
tổng diện tích của Việt Nam ñược ước tính là tốc ñộ gió trung bình hàng năm lớn hơn
6 m/s ở ñộ cao 65 m, tương ñương với tổng công suất 512 GW, ñăc biệt hơn 8% diện
tích Việt Nam ñược xếp hạng có tiềm năng gió tốt.
Bảng 1.1 - Phân loại nguồn năng lượng theo tốc ñộ gió ở ñộ cao 65m

m/s

Mật ñộ năng
lượng gió
W/m2

6

< 250

197242

60,60

6-7

250 - 400

100367

30,80

401444

7-8

400 - 600

25679

7,90

102716

8-9

600 - 800

2178

0,70

88748

>9

> 800

111

0,00

452

Tốc ñộ gió v

Phân bố diện tích theo tốc ñộ gió
trung bình
km2
%

Tiềm năng gió
MW

-

Tuy nhiên, bản ñồ gió của Ngân hàng Thế giới ñược nhiều chuyên gia ñánh giá
là quá lạc quan và có thể mắc một số lỗi trầm trọng do tiềm năng gió ñược ñánh giá

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

Page 8


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

dựa trên chương trình mô phỏng. Thực vậy, so sánh trong bảng 1.2 cho thấy số liệu ño
gió thực tế do Tập ñoàn ðiện lực Việt Nam EVN thực hiện nhìn chung thấp hơn nhiều
số liệu tương ứng từ bản ñồ gió của Ngân hàng Thế giới.
Nghiên cứu của Tập ñoàn ðiện lực Việt Nam EVN [4] về ñánh giá tài nguyên
gió cho sản xuất ñiện là nghiên cứu chính thức ñầu tiên về tài nguyên năng lượng gió
của Việt Nam, nghiên cứu chọn ra 12 ñiểm (bảng 1.2), bằng cách làm như vậy, nghiên
cứu ñã xác ñịnh ñược các ñiểm thích hợp cho sản xuất ñiện gió tương ñương với công
suất 1785 MW. Miền Trung có tiềm năng gió lớn nhất 880 MW tập trung chủ yếu tại 2
tỉnh Quảng Bình và Bình ðịnh, tiếp ñến miền Nam với 2 tỉnh Ninh Thuận và Bình
Thuận, và tiềm năng gió ở Miền Bắc chỉ có 50 MW.
Bảng 1.2 - Số liệu tốc ñộ gió ở ñộ cao 65 m theo nguồn của EVN và WB
TT

Vận tốc gió trung bình (m/s)

ðịa ñiểm

EVN

WB

1

Móng Cái, Quảng Ninh

5,80

7,35

2

Vạn Lý, Nam ðịnh

6,88

6,39

3

Sầm Sơn, Thanh Hóa

5,82

6,61

4

Kỳ Anh, Hà Tĩnh

6,48

7,02

5

Quang Ninh, Quảng Bình

6,73

7,03

6

Gio Linh, Quảng Trị

6,53

6,52

7

Phương Mai, Bình ðịnh

7,30

6,56

8

Tu Bâng, Khánh Hòa

5,14

6,81

9

Phước Ninh, Ninh Thuận

7,22

8,03

10

ðà Lạt, Lâm ðồng

6,88

7,57

11

Tuy Phong, Bình Thuận

6,89

7,79

12

Duyên Hải, Trà Vinh

6,47

7,24

Ngoài ra, Bộ Công thương và Ngân hàng Thế giới (2010) [10] ñã tiến hành cập
nhật thêm số liệu quan trắc (ño gió ở 3 ñiểm) vào bản ñồ tiềm năng gió ở ñộ cao 80 m
cho Việt Nam (phụ lục 2), Kết quả cho thấy tiềm năng năng lượng gió ở ñộ cao 80 m
so với bề mặt ñất là trên 2.400 MW (tốc ñộ gió trung bình năm trên 7 m/s) (bảng 1.3).
Bảng 1.3 - Tiềm năng năng lượng gió tại ñộ cao 80m
Tốc ñộ gió

<4 m/s

4-5 m/s

5-6 m/s

6-7 m/s

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

7-8 m/s

8-9 m/s

>9 m/s

Page 9


trung bình

Diện tích (km2)
Diện tích (%)

95916

70868

40473

2435

222

20

1

45,7

33,8

19,3

1,2

0,1

0,01

0

24351

2202

200

10

Tiềm năng (MW) 956161 708678 404732

Gần ñây, trong khuôn khổ hợp tác giữa Bộ Công thương (MoIT) và Dự án Năng lượng
Gió GIZ (Hợp tác Phát triển ðức GIZ) (gọi tắt, Dự án Năng lượng Gió GIZ/MoIT), ñã
tiến hành ñánh giá tiềm năng năng lượng gió tại Việt Nam [11]. Hệ thống máy phát
sức gió có công suất nhỏ ñược sử dụng phù hợp ở ñộ cao 10m tại vùng ven biển Bắc
Bộ từ Cẩm Phả ñến Nam ðịnh, phần ñồng bằng Bắc Bộ tiếp giáp với bờ biển, khu vực
ven biển Hà Tĩnh và Vĩnh Linh, duyên hải Nam Trung Bộ từ Khánh Hoà trở vào và
khu vực duyên hải Nam Bộ; và ở ñộ cao 60m tại vùng núi thấp và trung du Bắc Bộ,
các khu vực thấp ở Tây Bắc Bắc Bộ, vùng núi thấp Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh và
khu vực nằm sâu trong ñất liền của ñồng bằng Nam Bộ.
Hệ thống máy phát ñiện có công suất trung bình sử dụng phù hợp ở ñộ cao 10m tại các
vùng như trên các ñảo gần bờ phía ðông; tại ñộ cao 20 m ở vùng duyên hải Bắc Bộ từ

Hải Phòng ñến Ninh Bình, duyên hải Nam Bộ (vùng cao nguyên và vùng núi Tây
Nguyên nối liền với Khánh Hoà, Phú Yên, Ninh Thuận, Bình Thuận); ở ñộ cao 60m
của khu vực ðông Bắc, các vùng cao phía Bắc, khu vực Hoàng Liên Sơn tiếp liền với
vùng thấp phía ðông và kéo dài về phía ðông Nam tới duyên hải Bắc Bộ; Ở Tây Bắc,
tại các ñịa ñiểm cao và trên cao nguyên Mộc Châu.
Trên các ñảo xa bờ phía ðông lãnh thổ tại ñộ cao 10m, tại ñộ cao 40m và 60 m (vùng
núi và cao nguyên Tây Nguyên nối với duyên hải Nam Trung Bộ; vùng duyên hải
Nam Bộ Trong ñất liền, duyên hải từ Tuy Hoà ñến Phan Thiết và vùng duyên hải tiếp
nối khá sâu với ñồng bằng phía Tây Nam Bộ) thì tiềm năng gió khá lớn có thể sử dụng
hệ thống máy phát ñiện sức gió dải công suất cao.

1.3.2 Hiện trạng nghiên cứu, ứng dụng ñiện sức gió ở Việt Nam
Cho ñến nay, có khoảng 48 dự án ñiện sức gió ñã ñăng ký trên toàn bộ lãnh thổ Việt
Nam [2], tập trung chủ yếu ở các tỉnh miền Trung và Nam bộ, với tổng công suất ñăng
ký gần 5000 MW, quy mô công suất của các dự án từ 6 MW ñến 250 MW. Tuy nhiên,

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

Page 10


khá cao, trong khi giá mua ñiện gió
là khá thấp 1614 ñồng/ kWh (tương ñương khoảng 7,8 UScents/ kWh) theo Quyết ñịnh
số 37/2011/Qð-TTg12, cao hơn 310 ñồng/ kWh so với mức giá ñiện bình quân hiện
nay là 1304 ñồng/ kWh, ñược xem là chưa hấp dẫn các nhà ñầu tư ñiện gió trong và
ngoài nước. Do vậy, cho ñến nay mới chỉ duy nhất một dự án ñiện gió ở Xã Bình
Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận là hoàn thiện giai ñoạn 1 (dự kiến nâng
tổng công suất lên 120 MW trong giai ñoạn 2 từ 2011 ñến 2015), với công suất lắp ñặt
30 MW (20 tuabin gió x 1,5 MW mỗi tua bin). Chủ ñầu tư dự án là Công ty Cổ phần
Năng lượng Tái tạo Việt Nam (Vietnam Renewable Energy Joint Stock Company REVN). Tổng mức ñầu tư của dự án lên ñến 1500 tỷ ñồng (tương ñương khoảng 75

triệu USD), các thiết bị tuabin gió sử dụng của Công ty Fuhrlaender ðức. Dự án chính
thức ñược nối lên lưới ñiện quốc gia vào tháng 3 năm 2011, sản lượng ñiện gió năm
2011 ñạt khoảng 79000 MWh.
Trên ñảo Phú Quý, tỉnh Bình Thuận, dự án ñiện gió lai tạo với máy phát ñiện diesel
(diesel generator) (off-grid connection), của Tổng Công ty ðiện lực Dầu khí, thuộc
Tập ñoàn Dầu khí Việt Nam (Petro Vietnam), có tổng công suất là 9 MW (gồm 3
tuabin gió x 2 MW mỗi tuabin + 6 máy phát diesel x 0,5 MW mỗi máy phát) ñã lắp ñặt
xong và ñang trong giai ñoạn nối lưới; các tuabin gió sử dụng của hãng Vestas, ðan
Mạch; giá bán ñiện ñang ñề xuất thông qua hợp ñồng mua bán ñiện với giá 13 US
cents/kWh. Tương tự, một dự án ñiện gió ở Côn ðảo, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu do
Công ty EAB CHLB ðức làm chủ ñầu tư, giá bán ñiện thoả thuận là 25 UScents/ kWh.
Dự án ñang chuẩn bị tiến hành xây dựng.
Tại tỉnh Bạc Liêu, vùng ñồng bằng Sông Cửu Long một dự án ñiện gió khác thuộc
công ty TNHH Thương mại và Dịch vụ Công Lý cũng ñang trong giai ñoạn lắp ñặt các
tuabin gió (1 tuabin gió ñã ñược lắp ñặt) với công suất 16 MW trong giai ñoạn ñầu (10
tuabin gió x 1,6 MW mỗi tuabin của hãng GE Mỹ). Dự kiến trong giai ñoạn 2 của dự
án công suất sẽ nâng lên 120 MW (từ năm 2012 ñến ñầu năm 2014).Ngoài ra, các dự
án khác ñang trong các giai ñoạn tiến ñộ khác nhau [2].
1.4 Công nghệ và hệ thống máy phát ñiện sức gió
Nguyên tắc ñiều khiển năng lượng trong hệ thống máy phát ñiện sức gió là
năng lượng gió ñược chuyển thành năng lượng cơ khi ñưa vào trong tuabin và qua hệ

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

Page 11


thống máy phát chuyển thành năng lượng ñiện. Hệ thống ñiện sức gió có thể hoạt ñộng
với tốc ñộ gió ổn ñịnh hoặc tốc ñộ gió thay ñổi và dải tốc ñộ gió từ 3 ñến 4 m/s và có
thể lên ñến 25 m/s (tương ứng 90 km/h) [12,13]. Phần lớn các mô hình hệ thống máy

phát ñiện sức gió hiện nay sử dụng tốt nhất khi tốc ñộ gió ổn ñịnh bằng cách thay ñổi
góc của cánh thông qua ñiều khiển bước răng (pitch), hoặc bằng cách chuyển hoặc
ñiều chỉnh toàn bộ cánh quạt theo hướng gió và tốc ñộ gió (yaw). Hệ thống máy phát
ñiện sức gió có tốc ñộ thay ñổi ñáp ứng với tốc ñộ gió khác nhau và tăng khả năng làm
việc ổn ñịnh khi kết nối với lưới ñiện. Hệ thống ñiều khiển tinh vi cho phép tinh chỉnh
về hiệu suất và ñiện áp ñầu ra của tuabin.
Sự thay ñổi tốc ñộ tuabin gió ñòi hỏi một hệ thống ñiện tử công suất có khả
năng ñiều chỉnh tần số máy phát ñiện và ñiện áp lưới ñiện.
Các thành phần cơ bản của bộ chuyển ñổi ñiện áp là diode và chuyển mạch ñiện
tử (thyristor, GTO, IGCTs, BJTs, MOSFETs, IGBTs…)
Theo ñánh giá của phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia Mỹ: Cánh và
hộp số của hệ thống ñiện sức gió chiếm 30 % tổng chi phí ñầu tư. Máy phát ñiện
chiếm khoảng 10 %; khối ñiện tử công suất ñiều khiển tốc gió - khoảng 12%; Khối
ñiều khiển, bảo vệ an toàn hệ thống máy phát ñiện sức gió – gần 4 %. Trong khi,
khung/giá ñỡ và tháp chiếm 23% tổng chi phí ñầu tư [13].
Hầu hết hệ thống ñiện sức gió ngày nay có trục tuabin - rotor nằm ngang. Một
hệ thống máy phát ñiện sức gió ñiển hình ñược thể hiện trong hình 1.5.
Hiện nay máy phát ñiện sử dụng trong ñiện sức gió chủ yếu là máy phát ñiện
nam châm vĩnh cửu và máy phát ñiện không ñồng bộ. Gần ñây ñã có các ứng dụng
thành công trong máy phát ñiện sức gió truyền ñộng trực tiếp [13]. Tốc ñộ quay của
rotor máy phát ñiện sức gió hiện nay dao ñộng trong khoảng (1200 -1800) rpm, ñối với
máy phát ñiện xoay chiều tần số ñiện áp (50 – 60) Hz. Tốc ñộ cố ñịnh của máy phát
ñiện không ñồng bộ linh hoạt hơn có thể dao ñộng trong khoảng 100 rpm.
Nguyên lý ñiều khiển và phát ñiện sức gió của hệ thống máy phát ñiện gió (hình
1.6): Cánh quạt nhận năng lượng từ gió làm quay trục tuabin gió. Thông qua hộp số, thiết bị
ñiều hường và bộ truyền lực ta có thể ñiều chỉnh ñược lượng gió (tốc ñộ gió) ñưa vào trong
tuabin chuyển hóa thành ñiện năng ở máy phát ñiện cấp ñiện cho phụ tải hoặc lưới ñiện.

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

Page 12