NGUỒN ĐIỆN TRONG CÔNG NGHIỆP VÀ DỰ TRỬ ĐIỆN (NLTT) LẠI MINH HỌC

Chương 1
TÌNH HÌNH KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG
NĂNG LƯỢNG HIỆN NAY
1. TỔNG QUAN
Năng lượng là nhu cầu không thể thiếu cho cuộc sống Nhân loại, để tồn tại Con người phải
cần các dạng NL chính yếu sau:
- Nhiệt năng: tối cần thiết cho cuộc sống và hầu hết các ngành sản xuất, nhiệt năng được
tạo ra từ: điện, than, dầu, khí đốt, nhiệt từ mặt trời, từ sinh khối…
- Quang năng: cần thiết cho mọi quá trình lao động sản xuất, sinh hoạt của Con người,
quang năng được tạo ra từ điện, dầu hỏa, các chế phẩm sinh học…
- Cơ năng: đây là dạng NL giúp giải phóng Con người thoát khỏi sự lao lực cơ bắp, cơ
năng thường được biến đổi từ: điện, than, dầu, sức nước, sức gió…;
- Nước sạch: trên 70% bề mặt địa cầu là nước, nhưng với tốc độ phát triển CN như vũ bão
hiện nay làm nguồn nước dần ô nhiễm và khan hiếm, nước sạch là nhu cầu bức xúc tại
nhiều nơi trên Thế giới, Việt Nam cũng không ngoại lệ.
Để có được cơ, nhiệt hay quang năng đều phải qua quá trình biến đổi (hình 2.1) từ nhiên liệu
hóa thạch là chủ lực, một số được biến đổi từ các dạng năng lượng tái tạo (NLTT) thông qua
NL trung gian là điện năng.

Nguồn nhiên liệu hóa thạch là của cải vô giá do thiên nhiên ban tặng, nó đã được khai
thác triệt để từ hàng trăm năm nay ở khắp nơi trên Thế giới (TG). Con người đã và đang khai
thác nguồn nhiên liệu này như thế nào? Liệu còn có thể khai thác đến bao giờ? Ví như nguồn
nhiên liệu này cạn kiệt, thì có loại nào khác thay thế hay không? Những câu hỏi đại loại như
thế sẽ được trình bày chi tiết trong chương này, cụ thể là:
- Khái quát về hiện trạng khai thác và sử dụng NL trên TG và Việt Nam;
- Khái quát về sản xuất và nhu cầu điện năng tại Việt Nam;
GV: Ths Lại Minh Học

Page 1

2. HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG NL TRÊN TG
2.1. Hiện trạng khai thác và sử dụng NL hóa thạch
Như đã đề cập, NL tự nhiên đã giúp Nhân loại tồn tại và phát triển, giúp xã hội ngày càng
văn minh, hiện đại hơn. Thế nhưng, nguồn tài nguyên quí giá này có là vô tận? sự tận thu triệt
để có là giải pháp tối ưu? Câu trả lời chắc chắn là không, nguồn tài nguyên này sẽ cạn kiệt,
sớm hay muộn, điều đó chỉ còn là thời gian và phụ thuộc vào ý thức sử dụng của con người.
Theo báo cáo của Cơ quan NL Quốc tế (IEA) vào tháng 7/2007 “sản lượng dầu lửa toàn
cầu rất có thể đạt 96 triệu thùng/ngày vào năm 2012, nhưng khó thể vượt quá con số này vì
những khám phá mới rất hiếm hoi”. 82,2% trữ lượng dầu mỏ TG tập trung ở Nga, vùng Vịnh
và Trung Đông; 55,8% nguồn cung khí đốt cho toàn cầu chủ yếu ở ba nước Nga, Iran và Qatar.
Nga chiếm hơn 10% trữ lượng dầu mỏ, 20% trữ lượng than và 7% lượng khí thiên
nhiên... Với trữ lượng như vậy, hiện Nga đứng đầu TG về khí đốt, thứ hai về dầu mỏ và là
nguồn cung cấp than, urani quan trọng. Song, theo nhiều nghiên cứu, khoảng 20 – 30 năm nữa
tài nguyên ở Nga sẽ chẳng còn lại lại bao.
Saudia Arabia chiếm 25% dầu mỏ toàn cầu, là nước sản xuất và xuất khẩu dầu thô hàng
đầu TG. Dầu mỏ và khí đốt là con bài kinh tế quan trọng bậc nhất của khu vực Arab. Từ những
năm 1970, dầu mỏ đã đem lại sự hưng thịnh cho khu vực này. Nhưng hiện tại trữ lượng dầu
của Saudia Arabia đang sụt giảm vì đa phần lớn các mỏ dầu đã được khai thác hơn nửa thế kỷ
qua và ngày càng khó khai thác hơn.
Không chỉ riêng dầu mỏ; các nguồn cung khí đốt, than và urani sẽ suy giảm sau một đến
hai thập kỷ nữa. Để khai thác được than người ta phải đào sâu hơn vào lòng đất, sẽ làm tăng
chi phí và mức độ nguy hiểm. Điển hình ở Trung Quốc, khai thác than là một công việc cực kỳ
nguy hiểm. Gần đây nhất, tai nạn nổ hầm lò ở Pakistan đã cướp đi sinh mạng gần 50 công
nhân. Có thể phát biểu rằng: “than là sản phẩm của máu, nước mắt và sinh mạng của biết bao
người thợ mỏ”.
Tổng NL sơ cấp tiêu thụ hàng năm toàn TG tăng hơn 10 lần trong Thế kỷ XX, thống kê
năm 2002 ước đạt gần 451 EJ (exa-joules; 1EJ = 10 18J) hay ước chừng 10.800 Mtoe. Trong đó
nhiên liệu hoá thạch cung cấp ¾ trên tổng số. Người ta tính được, NL tiêu thụ bình quân đầu
người tương đương 6 lít dầu mỗi ngày.
Với tốc độ tiêu thụ hiện tại, một câu hỏi được đặt ra là: bao lâu nữa nguồn nhiên liệu hoá

thạch sẽ cạn kiệt? Câu trả lời được thống kê trong bảng 2.1 và biểu đồ hình 2.2
Bảng 2.1: Tiềm năng còn lại của nhiên liệu hóa thạch
TT
Nhiên liệu
Tiềm năng còn lại [năm]
1
Than
200
2
Dầu
40
3
Khí đốt các loại
60
Nhìn vào hình 2.2, nhận thấy: nhiên liệu lỏng sẽ đạt đỉnh khai thác khoảng 2005 – 2015.
Khí thiên nhiên sẽ đạt đỉnh khoảng năm 2030. Từ đó trở đi, nhìn chung các nguồn NL dần cạn
kiệt và đến đầu Thế kỹ XXII trữ lượng còn lại là không đáng kể.

GV: Ths Lại Minh Học

Page 2


2.2. Năng lượng tái tạo – nguồn tài nguyên vô giá
Từ những năm 70 của Thế kỷ trước, các nước tiên tiến đã bắt đầu nghiên cứu và ứng
dụng NLTT nhằm thay thế dần NL truyền thống. Điển hình là các Quốc gia: Brasil (sinh khối);
Đức, Đan Mạch, Hà Lan, Tây Ban Nha (gió); Nhật Bản (mặt trời) Mỹ (gió, sinh khối…). Theo
các thống kê, khai thác và sử dụng NLTT đã tăng từ 6% lên 7% trong vòng từ năm 2004 đến
năm 2007. Trong đó, đứng đầu là thủy điện và sinh khối; tiếp sau là gió, địa nhiệt và NL mặt
trời (xem hình 2.3 và 2.4).

3. HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG NL TẠI VIỆT NAM
3.1. Tình hình khai thác và sử dụng điện tại Việt Nam
Theo thống kê, đến cuối năm 2009, CS lắp đặt của toàn hệ thống điện (HTĐ) là 19.378 MW,
sản lượng điện sản xuất đạt 83 tỷ kWh. Tính đến hết năm 2008 tổng chiều dài đường dây
truyền tải và phân phối là 306.000 km và 89.600 MVA là tổng dung lượng trạm biến áp ở các
cấp điện áp

GV: Ths Lại Minh Học

Page 3


Hình 2.5 Sản lượng điện thương phẩm từ năm 1997 – 2005
Tốc độ tăng trưởng bình quân sản lượng điện trong những năm gần đây ở mức rất cao
(10% – 17%). Hình 2.5 trình bày số liệu cụ thể của vấn đề này. Còn hình 2.6 là quan hệ giữa
tăng trưởng điện năng và tăng trưởng GDP, theo đó thấy rằng: nhu cầu điện năng ngày càng
cao và luôn gấp đôi tốc độ tăng trưởng GDP.

Hình 2.6 Tăng trưởng điện năng so với tăng trưởng GDP từ 1997 – 2005
Bảng 2.2 thống kê cấu trúc các nguồn cung cấp điện trong hệ thống từ năm 2003 đến
năm 2009 và đồ thị năm 2009 được cho trong hình 2.7.
Bảng 2.2: Cấu trúc nguồn cung cấp điện từ năm 2003 – 2009
Công suất tương ứng hàng năm [MW]

Thủy điện
Nhiệt điện than
Nhiệt điện dầu
Gas turbine
Diesel, Thủy điện

nhỏ
IPP/BOT
Nhập khẩu
Tổng
GV: Ths Lại Minh Học

2003
4.069
1.245
200
2.467

2004
4.069
1.245
200
3.084

2005
4.069
1.245
200
3.084

2006
4.383
1.245
200
3.248

2007
4.393
1.545
205
3.248

2008
5.257
1.545
200
3.263

2009
6.362
1.845
584
3.263

Tỉ lệ
2009
36,0%
10,5%
3,3%
18,5%

454

454

454

454

454

454

454

2,6%

1.575 1.475 2.324 2.326 3.119 4.494 4.494
100
200
400
550
550
650
10.01 10.62 11.57 12.25 13.51 15.76 17.65
0
7
6
6
4
3
2

25,5%
3,7%

Page 4

100%


Theo Quy hoạch điện VI đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt; để đáp ứng nhu cầu
phát triển kinh tế – xã hội với mức tăng GDP khoảng 8,5% – 9%/ năm, dự báo nhu cầu điện năng
sẽ tăng ở mức 17%/ năm đối với phương án cơ sở và 20%/ năm cho phương án cao. Trong giai
đoạn 2006 – 2015, lấy phương án cao là phương án điều hành, đồng thời chuẩn bị phương án
22%/ năm cho trường hợp tăng trưởng đột biến.

Hình 2.7 Biểu đồ tỉ lệ các nguồn cung cấp đến năm 2009
Trong hình 2.8 cho thấy toàn cảnh về cung – cầu điện năng cho những năm 2015 và
2020. Màu nhạt hơn là khả năng đáp ứng với mọi nguồn điện; còn màu đậm hơn là nhu cầu
điện năng, theo hai kịch bản: mức cao (H) hoặc thấp hơn (L).

Hình 2.8 Quan hệ cung – cầu điện năng vào năm 2015 và 2020
Theo hình 2.8: đến năm 2015, mức chênh lệch giữa cung và cầu điện năng sẽ là 46,3
TWh (L) và 102,4 TWh (H). Còn đến năm 2020, mức chênh lệch giữa cung và cầu điện năng
sẽ cao hơn nhiều: 159,8 TWh (L) và 270,8TWh (H).
Căn cứ vào bảng 2.2 có thể thấy rằng: nguồn cung cấp điện của Việt Nam phụ thuộc chủ
yếu vào thủy điện và nhiên liệu hóa thạch. Mà cả hai nguồn này đều dẫn đến những hệ lụy
không nhỏ cho môi trường và sinh thái.
Hơn thế nữa, thủy điện – nguồn cung chủ lực gần như đã khai thác hết khả năng có thể.
Vào mùa khô, CS phát của các nhà máy thủy điện giảm mạnh do thiếu hụt nguồn nước, đã gây
thiếu nguồn phát nghiêm trọng trên toàn hệ thống.
Đứng trước thách thức đó, cần có những giải pháp phù hợp. Về ngắn hạn, việc tiết kiệm
điện trong sản xuất và sinh hoạt đóng vai trò hết sức quan trọng. Về lâu dài, cần có chiến lược
đảm bảo an ninh NL bằng cách:
GV: Ths Lại Minh Học

Page 5


 Mở rộng khai thác những nguồn NL truyền thống;
 Quan trọng hơn, cần nghiên cứu và phát triển các nguồn NL mới, đặc biệt là các nguồn
NL sạch và NLTT.
3.2. Các nguồn NLTT có thể khai thác ở Việt Nam
3.2.1. Thủy điện
Chiếm 36% tổng cơ cấu nguồn điện hiện nay (chưa kể thủy điện Sơn La 2.400MW). Từ
những năm 1980, khi nhà máy Hòa Bình, Trị An đi vào hoạt động; thủy điện đã chứng tỏ được
vai trò chủ lực của mình. Thực vậy, đối với các nước nghèo, địa hình đồi núi và có các con
sông lớn như Việt Nam thì thủy điện luôn được ưu tiên chọn lựa. Thủy điện là nguồn NLTT
tương đối sạch, ít gây ô nhiễm và giá thành phát điện thấp.
Tuy nhiên, xét về lâu dài, thủy điện sẽ tác động không nhỏ tới hệ sinh thái, làm biến đổi
dòng chảy, ảnh hưởng đến đời sống của một bộ phận lớn dân cư và khi hết tuổi thọ, vấn đề
phá dỡ các đập thủy điện cũng không hề đơn giản. Xu hướng TG hiện nay là không xây dựng
các nhà máy thủy điện lớn mà chỉ khai thác ở mức độ nhỏ và cực nhỏ để quá trình phát triển
bền vững hơn.
3.2.2. Điện hạt nhân
Là nguồn NL có tiềm năng rất lớn. NL hạt nhân cũng có thể coi là NLTT vì nguồn
nguyên liệu của nó gần như vô tận, và giá thành phát điện cực rẻ. Tuy nhiên, nguồn NL này
luôn tiềm ẩn những nguy cơ về an toàn và rò rỉ phóng xạ. Thảm họa nguyên tử Chernobyl
(1986 – Ukraina) hay mới đây nhất là sự cố tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima 1 ở Nhật
Bản sau trận động đất kinh hoàng ngày 11/03/2011 là những cảnh báo.
3.2.3. Điện gió
Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất khu vực Đông Nam Á với tổng CS ước đạt 513.360
MW. Mật độ NLG vào khoảng 800 – 1.400 kWh/m2/năm tại các hải đảo; 500 – 1000
kWh/m2/năm tại vùng duyên hải miền Trung, Tây Nguyên và duyên hải Nam Bộ; các khu vực
khác dưới 500 kWh/m2/năm.

NL gió là nguồn NLTT sạch, thân thiện với môi trường và nguồn phát là vô tận, nhưng
nhược điểm chính của nguồn NL này là suất đầu tư lớn nên giá thành phát điện còn cao (từ
0,06 – 0,1 USD/kWh). Với công nghệ liên tục phát triển trong những năm gần đây, dự báo
suất đầu tư cũng như giá thành của điện gió sẽ giảm dần trong những năm sắp tới. Hiện tại,
trên Thế giới, điện gió là một trong những nguồn NLTT có tốc độ phát triển nhanh nhất.
3.2.4. Năng lượng mặt trời
Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới, số giờ nắng trung bình khoảng 2.000 – 2.500
giờ/năm với tổng NL bức xạ mặt trời trung bình khoảng 150 kCal/cm 2/năm, tiềm năng được
đánh giá khoảng 43,9 TOE/năm. Tuy nhiên, hiện tại nguồn NL này chưa được khai thác triệt
để do những hạn chế về CN và giá thành đầu tư
3.2.5. Năng lượng sinh khối (biomass)
Trên 10% là con số mà NL sinh khối đóng góp vào tổng NL sản xuất trên TG. Việt Nam
là nước nông nghiệp, có tiềm năng rất lớn về lĩnh vực này. Theo đánh giá: NL từ gỗ, củi, rơm
rác, phụ phẩm nông nghiệp... của Việt Nam khoảng 43 – 46 triệu TOE/năm, NL khí sinh học,
tiềm năng được đánh giá sơ bộ khoảng 0,4 triệu TOE/năm, nhưng tiềm năng khai thác được
chỉ chiếm khoảng 10%.
3.2.6. Địa nhiệt
Là dạng NL khai thác sức nóng từ lòng đất, Việt Nam có hơn 300 nguồn nước khoáng
nóng có nhiệt độ bề mặt từ 30oC đến 105oC, tập trung nhiều tại Tây Bắc, Trung Bộ. Dự báo
GV: Ths Lại Minh Học

Page 6


đến năm 2020 có thể phát triển khoảng 200 MW. Hạn chế lớn nhất của nguồn này chính là vấn
đề CN cũng như giá thành sản phẩm.
 Tóm lại: Ngoài thủy điện đã được khai thác lâu nay, các nguồn NLTT còn lại nên tập
trung nghiên cứu và phát triển ở Việt Nam bao gồm: NL gió, sinh khối và NL mặt trời,
trong đó trọng tâm là điện gió và phát điện từ sinh khối, vì hai dạng này có tiềm năng lớn
và rất phù hợp với địa hình cũng như điều kiện kinh tế – xã hội của Việt Nam hiện nay.

4. VẤN ĐỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ TẠI VIỆT NAM
4.1. Tiềm năng phong điện
4.2. Đánh giá chung
Việt Nam với bờ biển dài hơn 3.000 km nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa có địa hình tự
nhiên đa dạng: đồng bằng, trung du, cao nguyên... là những lợi thế cho khai thác nguồn NLG.
Trong chương trình đánh giá về NL cho Châu Á, ngân hàng Thế giới (WB) đã kết luận:
“Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất khu vực Đông Nam Á với tổng tiềm năng ước đạt
513.360 MW” tức hơn 200 lần CS thủy điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng CS dự báo của EVN.
Nhiều khu vực ven và vùng núi có tốc độ gió trung bình hàng năm đạt từ 8 – 9,5 m/s, có thể
xây dựng các trạm phong điện CS lớn.
Theo tính toán của WB thì tổng tiềm năng lý thuyết về NLG (với tốc độ gió từ 7 m/s trở
lên) ở Việt Nam là trên 100.000 MW; vùng lãnh thổ khai thác được NLG có tổng diện tích
chiếm gần 9% diện tích cả nước (bảng 2.3).
Bảng 2.3: Tiềm năng về NLG các nước Đông Nam Á ở độ cao 65 m
Tốc độ gió
Diện tích,
Yếu T.bình Tốt Rất tốt L.tưởng
Quốc gia
Tổng
tiềm năng
<6
6–7 7–8 8–9
>9
m/s
m/s
m/s
m/s
m/s
2
Diện tích [km ] 175.468 6.155

315
30
0
% diện tích
96,4% 3,4% 0,2%
0%
0%
Campuchia
Tiềm
năng
–
24.620 1.260 120
0
26.000
[MW]
Diện tích [km2] 184.511 38.787 6.070 671
35
% diện tích
80,2% 16,9% 2,6% 0,3%
0%
Lào
Tiềm
năng
–
155.148 24.280 2.648
140
182.252
[MW]
Diện tích [km2] 477.157 37.337 748
13

0
% diện tích
92,6% 7,2% 0,2%
0%
0%
Thái lan
Tiềm
năng
–
149.348 2.992
52
0
152.392
[MW]
Diện tích [km2] 197.342 100.361 25.679 2.187
113
% diện tích
60,6% 30,8% 7,9% 0,7%
0%
Việt Nam
Tiềm
năng
–
401.444 102.716 8748
452
513.360
[MW]
Nguồn: WB
4.3.

Một số khu vực tiềm năng
a. Miền Nam Việt Nam:

GV: Ths Lại Minh Học

Page 7


- Vùng bao quanh miền Nam Việt Nam gồm vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL)
đến Thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM), gió rất tốt 7,0 – 7,5 m/s;
- Côn Đảo gió cũng rất tốt, đạt 8 – 9 m/s ở những khu vực địa hình đồi trọc;
b. Nam Trung Bộ:
- Vùng núi Cao nguyên Bảo Lộc tốc độ gió từ 7 – 7,5 m/s. Các khu vực khác tốc độ thấp
hơn, nhưng vẫn phù hợp cho các turbine gió CS nhỏ;
- Một dãy núi giữa Pleiku và Buôn Mê Thuộc, ở độ cao 500 m tốc độ gió trung bình tại độ
cao cách mặt đất 65 m đạt đến 7 m/s;
c. Ven biển Nam Trung Bộ:
- Các đỉnh núi độ cao 1.600 – 2.000 m, gió cực tốt đến 8 – 9,5 m/s; phía tây Qui Nhơn và
Tuy Hoà ở độ cao 1.000 – 1.200 m tốc độ gió dự đoán là 8 – 8,5 m/s;
- Vùng bờ biển có tốc độ gió tốt, những bán đảo cạnh Phan Rang gió từ ngoài khơi thổi
vào được dự đoán 8 – 9,5 m/s;
- Hai vùng giàu tiềm năng nhất là Sơn Hải (Ninh Thuận) và phía tây Hàm Tiến đến Mũi
Né (Bình Thuận). Gió ở đây có vận tốc trung bình lớn, chế độ gió ổn định và ít ảnh
hưởng bởi các cơn bão. Trong những tháng gió mùa vận tốc khoảng 6 – 7 m/s có thể xây
dựng các trạm điện gió 3 – 3,5 MW.
d. Bắc Trung Bộ:
- Dải Trường Sơn dọc Bắc Trung bộ và Nam Lào, tại các đỉnh dốc độ cao 1.800 m vận tốc
gió cực tốt đạt 8,5 – 9,5 m/s; Vùng núi rộng lớn hướng Tây Thành Phố Huế ở độ cao 400
– 800 m vận tốc gió trung bình cũng đạt 7 – 8 m/s;
4.4. Hiện trạng khai thác phong điện

4.4.1. Hiện trạng
Dù được đánh giá là nguồn NL có tiềm năng đáng kể, có thể khai thác bổ sung cho nguồn
điện Quốc gia, nhưng NLG tại Việt Nam hiện chưa phát triển, chỉ mới đang ở giai đoạn nghiên
cứu ứng dụng. Đa phần các dự án chỉ mang tính cục bộ, nhỏ lẽ, một số dự án lớn đang triển
khai cũng gặp phải một số rào cản nhất định. Thống kê trong bảng 2.5 là cập nhật mới nhất về
tính hình triển khai điện gió đến tháng 6/2010.
Bảng 2.4: Thống kê tình hình điện gió đến tháng 6/2010
Tỉnh/TP
Công suất [MW] Số nhà đầu tư Tổng số dự án
GĐ1
Đăng ký
Ninh Thuận
277
1.068
9
13
Bình Thuận
388
1.541
10
12
Bà Rịa - Vũng
6
1
1
Tàu
Tiền Giang
100
1
1

Bến Tre
40
280
2
2
Trà Vinh
28,5
93
1
1
Sóc Trăng
187
350
4
4
Bạc Liêu
99
1
1
Cà Mau
300
2
2
Tổng cộng
920,5
3.837
31
37
4.4.2. Một số khó khăn
GV: Ths Lại Minh Học

Page 8


Trong số các dự án trên, đã có một số dự án triển khai đi vào vận hành và phát huy tác
dụng. Nhưng các dự án CS lớn như: Phương Mai 1,2,3 vẫn đang chờ giá bán điện nên không
thể hòa lưới; hay dự án Tuy Phong 1, tuy đã hòa lưới được 7,5 MW nhưng vẫn chưa thu lợi
nhuận vì vẫn đang chờ đơn giá mua điện. Các dự án còn lại đang ở giai đoạn xây dựng hoặc
thiết lập dự án khả thi.
Các số liệu thống kê cho thấy, trong 10 năm qua Việt Nam mới chỉ khai thác được 9 MW
điện gió trên tổng số tiềm năng hơn 513.000 MW. Đây quả là một sự lãng phí, chậm trễ và lạc
hậu so với sự phát triển điện gió trên TG.
Tổng hợp các phân tích ở trên, có thể rút ra những trở ngại chính cho phát triển điện gió
hiện nay là:
 Vẫn chưa có chính sách và các quy định về giá mua điện gió cụ thể:
Theo PGS-TS Nguyễn Bội Khuê – Chủ tịch hiệp hội NLG Bình Thuận: “nguyên nhân
khiến điện gió tại Việt Nam chưa phát triển là do giá mua điện gió của EVN là quá thấp chỉ
0,04 USD/kWh, trong khi giá thành sản xuất điện gió trên dưới 0,1 USD/kWh…”. Đồng tình
với quan điểm này, Ông Nguyễn Văn Bản – chuyên viên cao cấp về lĩnh vực NL sạch đã có
phát biểu tại hội nghị ENEREXPO Việt Nam 2010 “… để tạo điều kiện cho các nhà đầu tư
yên tâm triển khai dự án, Chính phủ và các Bộ ngành liên quan cần sớm duyệt khung pháp lý,
khung giá điện…".
 Số liệu, thông tin về tốc độ gió, năng lượng gió hiện có chưa chuẩn xác:
Theo số liệu của Tổng cục Khí tượng thủy văn, tốc độ gió có nơi chỉ có 2 – 3 m/s, trong
khi số liệu của WB khảo sát lớn hơn nhiều, có nơi lên tới 10 m/s như ở đảo Phú Quý, Côn
Đảo...
 Thiếu hụt trầm trọng về nhân lực:
Hiện chưa có cơ sở nào đào tạo chuyên sâu về điện gió, cũng như rất thiếu Cán bộ am
tường về lĩnh vực này. Đây là một trong những nguyên nhân chính đẩy giá thành lên cao, vì
gần như toàn bộ qui trình từ tư vấn TK, đến thi công lắp đặt đều do các đối tác Nước ngoài

đảm nhận, sự tham gia của Cán bộ KT người Việt là rất khiêm tốn.
Ngoài ra, 100% thiết bị đều phải nhập khẩu, toàn bộ phụ tùng thay thế đều phụ thuộc vào
hãng cung cấp Nước ngoài nên giá thành đầu tư cho một nhà máy điện gió hiện nay là quá lớn.
4.4.3. Kết luận
Kịch bản quy hoạch NLG do Bộ Công thương trình Chính phủ, năm 2010 Việt Nam sẽ
khai thác 89,5 MW, năm 2015 là 217 MW, đến năm 2025 là 556 MW. Mặc dù so với tiềm
năng thì con số trên là quá nhỏ bé (0,08%). Song để kịch bản trên trở thành hiện thực, ngay từ
bây giờ nên có sự chuẩn bị nghiêm túc để vượt qua những khó khăn, trở ngại. Với sự hỗ trợ
KT từ những Quốc gia tiên tiến, hoàn toàn có thể hy vọng vào một tương lai lạc quan cho
ngành CN điện gió tại Việt Nam.
Hiện tại, Bộ Công thương đã trình Chính phủ phê duyệt đề án giá điện gió hòa lưới
Quốc gia. Đây là cơ hội quan trọng giúp giải quyết những khó khăn mà các dự án điện gió gặp
phải lâu nay.

GV: Ths Lại Minh Học

Page 9


Chương 2
TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ
VÀ PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ
1. TỔNG QUAN
NLG là một trong những nguồn NL tự nhiên đã được con người khai thác từ hàng ngàn
năm trước đây. Đến cuối thế kỷ XIX, khi CN đã có những phát triển nhất định, con người đã
bắt đầu nghĩ đến việc khai thác điện gió. Hơn 100 năm nghiên cứu và ứng dụng, CN điện gió
ngày càng hoàn thiện và đựợc ứng dụng rộng khắp trên TG. Hiện tại, người ta đã chế tạo được
turbine đến vài MW với giá thành ngày càng giảm thấp.
Để hiểu rõ hơn về quá trình phát triển này, những đặc tính cơ bản của NLG cũng như các
thông số KT của một trạm điện gió cụ thể, chương này sẽ trình bày các vấn đề sau:

- Sơ lược về lịch sử khai thác NLG và phát điện bằng sức gió;
- Các thông số đặc trưng của NLG;
- Các thành phần của hệ thống điện gió;
- Các dạng mô hình phát điện gió và phạm vi ứng dụng;
2. LỊCH SỬ KHAI THÁC NLG VÀ PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ
Từ hàng ngàn năm trước NLG đã hiện hữu trong cuộc sống Con người, hình ảnh những
cối xay gió hay những thuyền buồm hiên ngang giữa biển khơi là những minh chứng sinh
động. Ngày nay, có hàng trăm ngàn cối xay gió được sử dụng trên khắp TG, đặc biệt là ở
những vùng cao, nơi mà cuộc sống còn nhiều thiếu thốn thì NLG đã trở thành người bạn đồng
hành thân thiết giúp Con người giải phóng phần nào lao lực cơ bắp để đối đầu với thiên nhiên
khắc nghiệt cho công cuộc sinh tồn.
Từ cuối Thế kỷ XIX, những cố gắng để phát điện từ sức gió đã được thực hiện. Tuy
nhiên, chỉ từ những năm 1980 khi mà KHKT đã hoàn thiện, thì việc sản xuất các turbine CS
lớn mới được thực hiện. Giá thành turbine gió giảm xuống đều đặn giữa đầu 1980s đến đầu
2000s. Có thể điểm qua một số cột mốc chính như sau:
 Năm 1888: Charles F. Brush đã chế tạo chiếc máy phát điện chạy bằng sức gió đầu tiên
CS 12 kW; Năm 1891: mẫu TK của Dane Poul La Cour được chế tạo, tuy nhiên vẫn
không đem lại bước đột phá đáng kể nào;
 Đầu 1910s, đã có nhiều máy phát điện chạy bằng sức gió CS 25 kW được lắp đặt tại Đan
Mạch;
 1925s – 1931s: những thế hệ máy phát điện gió khác có CS từ vài kW đến hàng trăm kW
vẫn tiếp tục được TK và lắp đặt tại Mỹ, Nga, Đan Mạch;
 Từ những năm 1970 trở đi, NLG mới thật sự phát triển, hiện đã chế tạo được những
turbine gió CS đến 5 MW. Sau năm 2000, thị trường NLG đã thật sự sôi động, không chỉ
ở các Quốc gia truyền thống mà còn vươn tận những nước TG thứ ba theo cơ chế phát
triển sạch mà Nghị định thư Kyoto đã ban hành;
Hiện nay, NLG trở thành một ngành CN hoàn thiện và bùng nổ toàn cầu với tốc độ tăng trưởng
bình quân hàng năm xấp xỉ 29%. Đến năm 2009, CS lắp đặt điện gió toàn cầu đã vượt quá 159
GW, tức là hơn 11 lần CS điện gió mười năm trước đây. Trong năm 2010, CS điện gió ước đạt
203,5 GW và được dự đoán sẽ tăng 70% trong vòng vài năm tới. Thị trường lắp đặt turbine gió

năm 2009 đã đạt 63 tỉ USD và có nửa triệu người đang làm việc trong lĩnh vực này.

GV: Ths Lại Minh Học

Page 10


Hình 3.1 Tổng công suất lắp đặt điện gió toàn cầu đến năm 2009 và dự báo năm 2010
Hình 3.1 cho thấy CS điện gió toàn cầu đến năm 2009 và dự báo cho năm 2010. Theo đó,
có thể thấy rằng CS tăng 1,5 lần chỉ trong 2 năm từ 2007 – 2009; dự báo sẽ tăng lên 2 lần trong
năm 2010.
3. CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG
3.1. Vận tốc gió trung bình
Vận tốc trung bình được xác định bằng tỷ số của tổng các giá trị vận tốc tức thời đo được V i
với số lần đo n trong khoảng thời gian đo nào đó.
(3.1a)
Nếu mỗi giờ ghi nhận vận tốc gió một lần và khoảng thời gian ghi nhận trong 24h, sẽ
được kết quả là vận tốc gió trung bình hàng ngày:
(3.1b)
Còn vận tốc gió trung bình hàng năm được tính ứng với 365 ngày trong năm:
(3.1c)
 Hệ số giật: là tỉ số giữa vận tốc gió cực đại V max với vận tốc gió trung bình trong một
khoảng thời gian (thường không quá 2 phút)
Kg 

Vmax
V

(3.1d)

 Vận tốc gió ở độ cao nào đó:
Khi độ cao so với mực nước biển thay đổi thì vận tốc gió cũng thay đổi theo; vận tốc gió
ở độ cao nào đó được tính:
(3.2a)
Thường sử dụng biểu thức gần đúng sau:
(3.2b)
Trong đó:
 V[m/s]: vận tốc gió cần tìm ở độ cao h[m];
 V1[m/s]: vận tốc gió đo được gần mặt đất ở độ cao h1[m];
 h0[m]: chiều cao ở đó vận tốc gió bằng không.
Chiều cao h0 được chọn:
 h0 = 3,2 cm: bề mặt được phủ bởi lớp cỏ thấp;
 h0 = 5 – 7 cm: bề mặt phủ lớp cỏ cao hơn;
 h0max = 20 cm.
GV: Ths Lại Minh Học

Page 11


Vận tốc gió ở độ cao 12 m, 50 m và 65 m tại một số vùng của Việt Nam được trình bày
trong bảng 3.1.
Bảng 3.1: Vận tốc gió tại một số vùng của Việt Nam [9]
Địa phương
Vận tốc gió trung bình (Vtb [m/s]) trên độ cao
12m
50m
65m
Lai Châu
2,0
2,7

2,8
Pha Đin
3,2
4,2
4,5
Thái Nguyên
2,3
3,0
3,2
Lạng Sơn
2,7
3,6
3,8
Vũng Tàu
3,9
5,2
5,5
Example. Increased Windpower with a Taller Tower. An anemometer mounted at a height
of 10 m above a surface with crops, hedges, and shrubs shows a windspeed of 5 m/s. Estimate
the windspeed and the specific power in the wind at a height of 50 m. Assume 15 ◦C and 1 atm
of pressure.
Solution. From Table 6.3, the friction coefficient α for ground with hedges, and so on, is
estimated to be 0.20. From the 15◦C, 1-atm conditions, the air density is ρ = 1.225 kg/m3. the
windspeed at 50 m will be

Example. Rotor Stress. A wind turbine with a 30-m
rotor diameter is mounted with its hub at 50 m above
a ground surface that is characterized by shrubs and
hedges. Estimate the ratio of specific power in the
wind at the highest point that a rotor blade tip

reaches to the lowest point that it falls to.
Solution. the friction coefficient α for ground with
hedges and shrubs is estimated to be 0.20. the ratio
of power at the top of the blade swing (65 m) to that
at the bottom of its swing (35 m) will be

3.2. Năng lượng và công suất gió
3.2.1. Năng lượng gió
NL của luồng gió tích trữ ở dạng động năng. Như đã biết, động năng của một khối khí
bất kỳ chuyển động được tính:
W

1
mV 2
2

K.E=
 m: khối lượng của khối không khí tạo nên luồng gió [kg];
 W: NL của luồng gió [J/s]
GV: Ths Lại Minh Học

Page 12

(3.3a)


Khối lượng m trong (3.3a) được tính:
m = .F.V.t
(3.3b)
2

 F: diện tích mà luồng gió quét qua [m ];
  = 1,2256 kg/m3: khối lượng riêng của không khí (đo ở mực nước biển);
 t: thời gian luồng gió quét qua [s];
Thay (3.3b) vào (3.3a), kết quả là:
W

1
 .F .V 3 .t
2

(3.3c)

3.2.2. Công suất gió
CS chính là NL tạo ra trên đơn vị thời gian, hay là:
P

W 1
  .F .V 3  W 
t
2

(3.4)
Từ biểu thức (3.3c) và (3.4) có thể kết luận rằng: NL (công suất) gió tỉ lệ với:
 Mật độ không khí: mật độ không khí ở các vùng núi cao sẽ loãng hơn, ở trong vùng khí
hậu lạnh có thể tăng lên 10%, cao hơn ở các vùng nhiệt đới;
 Diện tích mà luồng gió quét qua;
 Với lũy thừa ba vận tốc gió: đây là điều kiện rất quan trọng, ảnh hưởng lớn đến công suất
đầu ra. Ví dụ: công suất gió sẽ tăng 2,37 lần, nếu tốc độ gió tăng từ 3 m/s lên 4 m/s.
Example. Don’t Use Average Windspeed. Compare the energy at 15◦C, 1 atm pressure,
contained in 1 m2 of the following wind regimes:

a. 100 hours of 6-m/s winds (13.4 mph),
b. 50 hours at 3 m/s plus 50 hours at 9 m/s (i.e., an average windspeed of 6 m/s)
Solution
a. With steady 6 m/s winds, all we have to do is multiply power given by (6.4) times hours:

3.2.3. Công suất của turbine

GV: Ths Lại Minh Học

Page 13


CS gió sau khi qua turbine sẽ có sự hao hụt do quá trình chuyển đổi NL. Khi luồng gió
tác động vào cánh turbine, một phần bị đẩy ra bên cạnh và thoát ra ngoài mà không phát sinh
ra NL. Khi NL lấy ra khỏi luồng gió, tốc độ sẽ chậm lại. Nhưng vì khối lượng dòng không khí
trước và sau turbine là không đổi nên theo (3.3b) thì tiết diện mặt cắt khi luồng gió đi ra phải
tăng lên (hình 3.2).
Biến đổi hoàn toàn NL gió thành NL để quay turbine chỉ xãy ra khi V 2 = 0. Thực tế, V2
có giá trị đáng kể, có nghĩa là CS gió chuyển đổi nhỏ hơn rất nhiều so với NL của luồng gió
phụ thuộc vào hệ số sử dụng (hệ số Betz – do Albert Betz tìm ra vào năm 1926, xem hình 3.3).
Ngoài ra hiệu suất của bộ truyền động, của máy phát cũng ảnh hưởng đến CS phát của turbine.
CS turbine gió phát ra được tính:
(3.5)
Trong đó:
 PT: công suất turbine phát ra [W];
C

 16

 0,593

27
 Cp: hệ số Betz; pmax
 Ng: hiệu suất của máy phát điện;
 Nb: hiệu suất của bộ truyền động;

3.2.4. Đặc tính công suất của turbine gió
CS phát của turbine so với tốc độ gió được gọi là đặc tính CS. Các đường đặc tính CS
được cho bởi nhà sản xuất, đây là một thông số quan trọng khi chọn lựa CS turbine gió.
Xét về tốc độ gió thì đặc tính CS phụ thuộc vào:
 Vận tốc gió khởi động (Vci – cut-in wind speed): tốc độ gió tối thiểu để turbine bắt đầu
làm việc và phát ra điện năng;
 Vận tốc gió định mức: (VTđm – rate wind speed): tốc độ gió mà ở đó sẽ đạt được công
suất định mức của máy phát khi turbine làm việc ổn định;
 Vận tốc gió dừng máy: (Vco – cut-out wind speed): tốc độ gió cao nhất mà turbine có
thể vận hành được.
Đặc tính CS tính toán (lý tưởng) được cho trong hình 3.4. Còn hình 3.5 so sánh giữa
đường cong tính toán và đường cong có được từ đo đạc thực tế.
Nhìn vào hình 3.4 và 3.5 có thể thấy rằng: đối với các turbine CS lớn,
V ci  4 m/s;
còn Vco  20 – 25 m/s và VTđm  8 – 12 m/s (lý tưởng). Cũng thấy rằng, có sự chênh lệch giữa
GV: Ths Lại Minh Học

Page 14


đường cong dự báo và đương cong thực tế đo đạc được. Vì vậy bất cứ dự án điện gió nào, đo
gió tại hiện trường luôn là công việc đầu tiên.
Đặc tính CS của turbine gió được qui định tại IEC 61400-12 như hình 3.6. Theo đó, có
thể thấy rằng, tốc độ gió lý tưởng cả về CS phát điện lẫn hiệu suất sử dụng của turbine nằm

trong khoảng 8 – 12 m/s.

Hình 3.4 Đường cong đặc tính công suất tính toán (lý tưởng)

Hình 3.5 Đường cong đặc tính công suất dự báo và thực tế đo đạc

Hình 3.6 Đường cong đặc tính công suất theo IEC 61400-12
4. CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ
4.1. Turbine gió
GV: Ths Lại Minh Học

Page 15


Turbine gió có hai dạng cơ bản: turbine gió trục ngang (horizontal axis wind turbines –
HAWT) và turbine gió trục đứng (vertical axis wind turbines –VAWT). Hiện tại chúng được
sản xuất với mọi dãy CS, từ các máy rất nhỏ 10 – 100 W đến những turbine rất lớn 3 – 5 MW.
Các thông số cơ bản của hai loại turbine này được đối chiếu trong hình 3.7.

Hình 3.7 Turbine gió trục ngang (HAWT) và trục đứng (VAWT)
 Turbine gió trục ngang (HAWT): có dạng ít cánh hoặc nhiều cánh. Loại nhiều cánh
thường dùng để bơm nước trong các nông trại (không sử dụng cho phát điện do tốc độ
quay quá thấp), còn các turbine gió 2 hoặc 3 cánh có tốc độ quay cao hơn nhưng moment
thấp, thường được dùng trong phát điện.
 Đặc điểm:
 Hiệu suất sử dụng cao; tự khởi động khi gió đạt tốc độ cần thiết;
 Dễ vận chuyển và lắp đặt do các bộ phận có thể tháo rời;
 Phải định vị lại rotor khi gió đổi hướng;
 Máy phát, bộ truyền động… phải lắp đặt trên cao;
 Turbine gió trục đứng (VAWT): có các dạng Darrieus VAWT, H – VAWTs, V – VAWTs

và Savonius VAWT, mỗi loại có cấu tạo, đặc điểm và ứng dụng khác nhau, tùy nhu cầu
mà chọn lựa phù hợp.
 Đặc điểm:
 Máy phát, hộp truyền động… lắp ở mặt đất nên không cần trục đỡ cho máy phát;
 Không cần đuôi hướng gió và bộ tái định vị rotor; có thể vận hành ở tốc độ gió
thấp;
 Khó khăn cho việc chế tạo, vận chuyển và lắp đặt;
 Cần có lực tác động ban đầu để giúp rotor khởi động;
 Hiệu suất sử dụng thấp hơn so với HAWTs.
4.2. Cánh rotor (rotor blades)
Là thành phần hấp thụ NLG để chuyển thành cơ năng quay máy phát điện. Cánh quạt
được TK dạng khí động học, có tính chịu lực cao. Chiều dài cánh tỉ lệ với CS turbine. Các
turbine gió CS từ 2 – 3 MW thường có chiều dài 40 m – 50 m.
Với turbine gió dùng phát điện yêu cầu tốc độ cao, moment khởi động nhỏ nên dùng ít
cánh, thông thường là từ 2 đến 3 cánh. Với loại turbine dùng bơm nước thì yêu cầu ngược lại
nên dùng loại nhiều cánh, thường là từ 10 – 24 cánh. Vật liệu chủ yếu để chế tạo cánh thường
là thép, nhôm, sợi carbone, composite…
GV: Ths Lại Minh Học

Page 16


4.3. Máy phát điện (generator)
 Máy phát CS nhỏ: đến vài kW thường dùng dạng tự kích 1 hoặc 3 pha. Còn các máy
phát dưới 1 kW thường dùng dạng nam châm vĩnh cửu AC 1 pha. Mô hình tổng thể các
máy phát CS nhỏ cho trong hình 3.8.

Hình 3.8 tổng thể máy phát công suất nhỏ
 Máy phát CS trung bình và lớn: thường dùng máy phát đồng bộ hoặc không đồng bộ.
Các máy phát có thể làm việc ở tốc độ cố định ứng với một giá trị tần số nào đó. Máy

phát không đồng bộ được dùng khi tốc độ thay đổi và kết nối với inverter, tuy có chi phí
cao hơn nhưng chất lượng điện năng được đảm bảo cũng như giảm sự căng thẳng trên
turbine khi có những cơn gió lốc.
Đa phần các máy phát thương mại hiện nay đều được qui chuẩn cấp điện áp phát là 690V – ba
pha hoặc 6 kV – ba pha;
Mô hình tổng thể các máy phát công suất lớn nối lưới cho trong hình 3.9.

GV: Ths Lại Minh Học

Page 17


Hình 3.9 Mô hình tổng thể máy phát công suất lớn
4.3. Hộp số (gear box):
Hộp số là một trong những bộ phận quan trọng của trạm phát điện gió CS lớn. Bên trong
hộp số là hệ thống các bánh răng cơ khí phức hợp nhằm mục đích tăng tốc từ vận tốc thấp của
trục tốc độ thấp thành vận tốc cao trên trục tốc độ cao của máy phát (hình 3.10).

GV: Ths Lại Minh Học

Page 18


4.4. Trụ tháp (tower)
Trụ đỡ (tháp) là thành phần để nâng cao turbine nhằm đạt được độ cao có tốc độ gió phù
hợp, CS turbine tỉ lệ với chiều cao tháp. Các turbine gió CS nhỏ thường được lắp đặt ở độ cao
10 – 30 m, trụ đỡ khoảng chiều cao từ 4 – 16 m tùy địa hình nơi lắp đặt. Còn các turbine CS
lớn, tháp có thể cao từ vài chục tới hàng trăm mét.
Trụ đỡ thường được chế tạo từ thép ống, thép ghép hình hoặc bê tông cốt thép (hình 3.11).

Hình 3.11 Một số dạng trụ đỡ (tháp) tuabin gió
5. CÁC MÔ HÌNH PHÁT ĐIỆN GIÓ
5.1. Mô hình không nối lưới (Off – grid type wind generator)
Dạng này thích hợp cho các máy phát cở nhỏ, thường sử dụng cho hộ gia đình, sơ đồ
khối được mô tả trong hình 3.12, nguyên lý như sau:
- Điện năng sản xuất từ turbine gió sau khi qua bộ điều khiển nạp (charge controler) để nạp
điện cho accu dự trữ. Bộ inverter nhận nguồn điện từ accu thông qua thiết bị đóng cắt
chính (main DC disconnect) để đưa đến tủ điều khiển chính (AC breaker panel) và cấp
cho tải sau đó.

Hình 3.12 Sơ đồ khối hệ thống không kết nối lưới
GV: Ths Lại Minh Học

Page 19


- Bộ điều khiển nạp sẽ cắt accu và đóng sang bộ tiêu tán NL (dump load) để giải phóng NL
dư thừa khi accu đã được nạp đầy hoặc khi non tải. Khối system meter chứa các thiết bị
đo đếm để kiểm tra tình trạng làm việc của toàn HT.
Mô hình này thường được sử dụng phổ biến hiện nay do dễ lắp đặt, thích hợp cho những
vùng đồi núi, vùng xa không có HTĐ Quốc gia. Trong sơ đồ còn có máy phát diesel dự phòng
khi nguồn gió thiếu hụt. Tuy nhiên, accu sẽ gây ô nhiễm môi trường và phải có chế độ bảo
quản tốt nếu không sẽ dẫn đến cháy nổ.
5.2. Mô hình nối lưới (connected grid type wind generator)
Sơ đồ khối trong hình 3.13. Nguyên lý tương tự như trường hợp không nối lưới, nhưng
không dùng accu để dự trữ NL mà điện năng phát ra sẽ được nối với lưới điện địa phương
thông qua bộ kết nối lưới (grid tie inverter). Khi không sử dụng điện thì hộ gia đình sẽ bán
điện cho điện lực. Khi cần sử dụng điện, khách hàng sẽ mua điện từ điện lực. Mạng địa
phương chính là bộ dự trữ NL cho turbine.
Trường hợp CS lớn, hòa lưới ở cấp trung, cao thế thì mô hình cũng tương tự nhưng phải

qua máy biến áp tăng áp để nâng lên cấp 22 kV hoặc 110 kV để hòa vào mạng phân phối khu
vực hoặc mạng truyền tải.
Ngoài 2 dạng mô hình chủ yếu nêu trên còn có các mô hình như: mô hình nối lưới có
accu, mô hình bơm trữ năng và mô hình kết hợp với pin mặt trời. Chi tiết được trình bày trong
phụ lục 2.

Hình 3.13 Sơ đồ khối hệ thống kết nối lưới

GV: Ths Lại Minh Học

Page 20


Chương 3.
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
3.1 Năng lượng mặt trời
Năng lượng Mặt trời là một trong các nguồn năng luợng tái tạo quan trọng nhất mà thiên
nhiên ban tặng cho hành tinh chúng ta đồng thời nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng
lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng các dòng sông…
Năng lượng Mặt trời có thể nói là vô tận, tuy nhiên để khai thác, sử dụng nguồn năng lượng
này cần phải biết các đặc trưng và tính chất cơ bản của nó, đặc biệt là khi tới bề mặt Quả đất.
Ngày nay Năng lượng mặt trời đang ngày càng thu hút được nhiều sự quan tâm và đầu tư.
Tuy nhiên, vấn đề giá cả nguồn điện mặt trời hiện nay vẫn là một vấn đề lớn. Hiện nay năng
lượng mặt trời chỉ cung cấp một phần nhỏ bé trong nhu cầu về điện cho con người nhưng
những người ủng hộ năng lượng này tin tưởng kỉ nguyên năng lượng mặt trời chỉ mới bắt đầu
và càng ngày được đẩy mạnh khi các quốc gia phát triển thực hiện chiến dịch chống biến đổi
khí hậu và hạn chế việc phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí đốt, than, v.v.
Mặt trời bức xạ năng lượng theo một dãy rất rộng, tuy nhiên không phải tia bức xạ nào
cũng có thể tạo ra hiện tượng quang điện. Chỉ có những tia bức xạ (ứng với bước sóng (  ) có
năng lượng lớn hơn mức năng lượng kích hoạt electron (tuỳ từng chất bán dẫn) mới có khả

năng tạo ra hiện tượng quang điện.
Phân tích một điển hình về phổ năng lượng mặt trời tác động lên pin quang điện silicon.
Trên biểu đồ phổ năng lượng mặt trời ta thấy: “20,2 % năng lượng mặt trời tổn hao không có
tác dụng do có năng lượng thấp hơn năng lượng band gap (hiểu như mức năng lượng tối thiểu
để kích hoạt các electron ra khỏi trạng thái tĩnh của chúng) của silicon (h < Eg). 30,2 % khác
cũng bị mất đi ở các vùng năng lượng (h > Eg). Chỉ có 49,6 % năng lượng hữu ích có thể
được thu bởi pin quang điện”.

Hình 2.1: Phổ năng lượng mặt trời [ERDA/NASA-1997]
Để sản xuất điện mặt trời người ta thường sử dụng 2 công nghệ: nhiệt mặt trời và pin
quang điện:

GV: Ths Lại Minh Học

Page 21


• Nhiệt mặt trời: năng lượng mặt trời được hội tụ nhờ hệ thống gương hội tụ để tập trung
ánh sáng mặt trời tạo thành nguồn nhiệt có nhiệt độ cao làm bốc hơi nước, hơi nước sinh ra
làm quay tuabin để sản xuất ra điện năng.
• Pin quang điện: được chế tạo từ các chất bán dẫn. Điện năng được sinh ra khi có ánh
sáng mặt trời chiếu đến. Các tế bào quang điện có khả năng thể hiện chức năng này bằng cách
nhận năng lượng mặt trời tách electron ra khỏi tinh thể bán dẫn tạo thành dòng điện. Như vậy
các tế bào quang điện dùng mặt trời là nguồn nhiên liệu.
Đề tài này sẽ trình bày về pin quang điện sử dụng năng lượng mặt trời và xây dựng mô
hình sử dụng tối ưu công suất từ pin quang điện và kết nối lưới điện.
3.2 Pin quang điện (PV)
3.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của PV
Pin quang điện sử dụng chất bán dẫn để biến đổi quang năng thành điện năng. Kỹ thuật
tạo PV rất giống với kỹ thuật tạo ra các linh kiện bán dẫn như transistor, diode… Nguyên liệu

dùng làm pin PV cũng giống như các linh kiện bán dẫn khác thông thường là tinh thể silicon
thuộc nhóm IV.
Có thể nói PV là sự ngược lại của diode quang. Diode quang nhận điện năng tạo thành
ánh sáng, thì PV nhận ánh sáng tạo thành điện năng.

Hình 2.2: Cấu tạo các lớp PV.
GV: Ths Lại Minh Học

Page 22


Phân tích dòng chảy electron và lỗ trống trong mối nối đưa đến phương trình diode quen
thuộc như sau:

I d  I 0 (e

qV
kT

 1)

(2.1)

Với: I0 là dòng điện ngược của diode
q : điện tích electron = 1.602 x 10-19 C
k : hằng số Boltzman = 1.381 x 10-23 J/K
T : nhiệt độ tuyệt đối (oK)
Example. A p –n Junction Diode. Consider a p–n junction diode at 25◦C with a reverse
saturation current of 10-9 A. Find the voltage drop across the diode when it is carrying the
following:

a. no current (open-circuit voltage)
b. 1 A
c. 10 A

3.2.2 Mạch tương đương của PV

Hình 2.3: Mạch tương đương của PV.
Hai tham số quan trọng của PV là dòng ngắn mạch Isc và điện áp hở mạch Voc.

Hình 2.4: Sơ đồ ngắn mạch và hở mạch của PV.
Điên áp hở mạch Voc là hiệu điện thế được đo khi hở mạch ngoài của PV khi chịu tác
động ở mức chiếu độ chuẩn, được lấy ở chiếu độ đỉnh tương ứng 1kW/m2 ở 25oC của cell PV.
GV: Ths Lại Minh Học

Page 23


Dòng ngắn mạch Isc là dòng điện được đo trong mạch của PV khi nối tắc mạch ngoài, lúc
đó V = 0 và cũng trong điều kiện như trên. Ở nhiệt độ chuẩn 25 oC công thức tương đương sẽ
như sau:

I  I sc  I 0 (e38.9V  1)
Voc  0.0257 ln(

(2.2)

I sc
 1)
I0

(2.3)
Example. The I –V Curve for a Photovoltaic Cell. Consider a 100-cm photovoltaic cell with
reverse saturation current I0 = 10-12A/cm2. In full sun, it produces a short-circuit current of 40
mA/cm2 at 25◦C. Find the open-circuit voltage at full sun and again for 50% sunlight. Plot the
results.
Solution. The reverse saturation current I0 is 10-12 A/cm2 × 100 cm2 = 1 ×10-10 A. At full sun ISC
is 0.040 A/cm2 × 100 cm2 = 4.0 A.
2

Since short-circuit current is proportional to solar intensity, at half sun ISC = 2 A and the opencircuit voltage

3.2.3 Mạch PV khi có tính đến các tổn hao
Cũng như diode, pin PV trong thực tế luôn có tổn hao, đặc trưng cho sự tổn hao này là
các thông số Rs và Rp

GV: Ths Lại Minh Học

Page 24


Hình 2.5: Sơ đồ mạch cell PV thực tế.

Hình 2.6 : Đặc tính I-V ảnh hưởng bởi Rs
Đồ thị đặc tính của pin PV bị ảnh hưởng của Rp khi bỏ qua Rs:

Hình 2.7 : Đặc tính I-V ảnh hưởng bởi Rp
Đồ thị đặc tính của pin PV bị ảnh hưởng cả Rp và Rs:

GV: Ths Lại Minh Học

Page 25