Điều khiển ổn định lưới điện cụ bộ (vi lưới) có các nguồn năng lượng tái tạo

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
–––––––––––––––––––––––––

VŨ VĂN ĐỨC

ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH LƯỚI ĐIỆN CỤC BỘ (VI LƯỚI)
CÓ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã ngành: 8 52 02 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LẠI KHẮC LÃI

Thái Nguyên, 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng cá
nhân tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp từ nhiều
nguồn tài liệu tham khảo khác nhau. Qua số liệu thu thập thực tế, tổng hợp lại,
không sao chép bất kỳ luận văn nào trước đó và dưới sự hướng dẫn khoa học
của PGS.TS. Lại Khắc Lãi - Giảng viên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
– Đại học Thái Nguyên.
Các số liệu và những kết quả trong luận văn là trung thực, các đánh giá,
kiến nghị đưa ra xuất phát từ lý thuyết và thực nghiệm; kết quả nghiên cứu
này chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào trước khi trình, bảo vệ
và công nhận bởi “Hội Đồng đánh giá luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật”.

Một lần nữa, tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên./.
Tác giả luận văn
Vũ Văn Đức


LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian học tập, nghiên cứu chương trình cao học kỹ thuật điện
của trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, đã giúp tác giả nhận thức sâu sắc
về cách thức nghiên cứu, phương pháp tiếp cận các đối tượng nghiên cứu và
lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp cao học; đồng thời góp phần nâng cao kiến
thức chuyên môn vững vàng, nâng cao năng lực thực hành, khả năng thích
ứng cao trước sự phát triển của khoa học, kĩ thuật và kinh tế; có khả năng phát
hiện, giải quyết độc lập những vấn đề thuộc chuyên ngành được đào tạo và
phục vụ cho công tác được tốt hơn. Việc thực hiện nhiều bài tập nhóm trong
thời gian học đã giúp tác giả sớm tiếp cận được cách làm, phương pháp
nghiên cứu, tạo tiền đề cho việc độc lập trong nghiên cứu và hoàn thành luận
văn tốt nghiệp này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:
PGS.TS. Lại Khắc Lãi đã giúp đỡ, hướng dẫn hết sức chu đáo, nhiệt
tình trong quá trình thực hiện để tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ này;
Các CBCNV trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện
thuận lợi cho tác giả trong quá trình tiến hành thực nghiệm đề tài và bảo vệ
luận văn thạc sĩ;
Các đồng chí lãnh đạo và tập thể cán bộ công nhân viên của Công ty
Điện lực Bắc Kạn đã giúp đỡ tác giả thực hiện việc nghiên cứu, thu thập các
số liệu để tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ này; các đồng nghiệp là những
người đã hoàn thành chương trình cao học, đã dành thời gian đọc, đóng góp,
chỉnh sửa cho luận văn thạc sĩ này hoàn thiện tốt hơn;
Gia đình, bạn bè của tác giả đã giúp đỡ, tạo điều kiện về thời gian, động
viên tác giả trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này;

Tác giả mong muốn tiếp tục nhận được sự chia sẻ, hỗ trợ và tạo điều
kiện của Hội đồng Chấm luận văn thạc sĩ, các bạn bè, đồng nghiệp, gia đình
và người thân để bản luận văn này hoàn thiện hơn.
Xin trân trọng cám ơn.


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................ii
MỤC LỤC........................................................................................................iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG.......................................................................................vii
DANH MỤC HÌNH VẼ..................................................................................vii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 1
2. Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................... 2
3. Đối tượng nghiên cứu.................................................................................... 2
4. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 2
5. Cấu trúc luận văn gồm 3 chương .................................................................. 2
CHƯƠNG 1. NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO...................................................... 4
1.1. Tổng quan về năng lượng tái tạo................................................................ 4
1.1.1. Khái niệm năng lượng tái tạo.................................................................. 4
1.1.2. Phân loại năng lượng tái tạo.................................................................... 5
1.1.3. Vai trò và lợi ích của năng lượng tái tạo................................................. 8
1.2. TIỀM NĂNG VÀ VẤN ĐỀ KHAI THÁC SỬ DỤNG NĂNG
LƯỢNG TÁI TẠO Ở VIỆT NAM ................................................................... 9
1.2.1. Tiềm năng................................................................................................ 9
1.3.2. Vấn đề khai thác năng lượng tái tạo ở Việt Nam.................................. 13
1.2.3. Xu thế phát triển điện gió và điện mặt trời tại Việt Nam ..................... 15

1.3. KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO DƯỚI DẠNG ĐIỆN NĂNG .....
16
1.3.1. Hệ thống điện gió .................................................................................. 16
1.3.2. Điện mặt trời ......................................................................................... 18


1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1......................................................................... 22
CHƯƠNG 2: LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN....................................... 23
2.1. VAI TRÒ CỦA LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRONG QUÁ
TRÌNH SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG .................................................................. 23
2.1.1. Các đặc trưng của điện năng ................................................................. 23
2.1.2. Nhu cầu lưu trữ điện năng..................................................................... 23
2.2. CÁC HÌNH THỨC LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG TRUYỀN THỐNG ... 25
2.2.1. Acqui ..................................................................................................... 25
2.2.2. Pin nạp xả .............................................................................................. 30
2.3. BÁNH ĐÀ LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG ................................................. 34
2.3.1. Tổng quan.............................................................................................. 34
2.3.2. Cấu tạo của bánh đà lưu trữ năng lượng ............................................... 35
2.3.3. Nguyên lý hoạt động của bánh đà lưu trữ năng lượng.......................... 36
2.3.4. Đặc điểm của bánh đà lưu trữ năng lượng ............................................ 37
2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2......................................................................... 37
CHƯƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH VI LƯỚI CÓ CÁC NGUỒN
NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO ........................................................................... 38
3.1. TỔNG QUAN .......................................................................................... 38
3.1.1. Khái niệm về vi lưới (Microgrids) ........................................................ 38
3.1.2. Xu hướng phát triển của vi lưới có sự tham gia của các nguồn năng
lương tái tạo..................................................................................................... 39
3.1.3. Thị phần của lưới điện siêu nhỏ ............................................................ 41
3.1.4. Đặc điểm của vi lưới có sự tham gia của các nguồn năng lương tái tạo
...... 41

3.1.5. Tính cấp thiết phải ổn định điện áp và công suất vi lưới có nguồn
năng lượng tái tạo............................................................................................ 41
3.2. CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG VI LƯỚI ............ 42
3.2.1. Tầm quan trọng của ổn định chất lượng điện năng trong vi lưới ......... 42


3.2.2. Các giải pháp và sơ đồ ổn định chất lượng điện năng trong vi lưới ..... 42
3.3. HỆ THỐNG BÁNH ĐÀ LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG TRONG VI LƯỚI ..
44
3.3.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống......................................................................... 44
3.3.2. Cấu trúc phần điện của hệ thống bánh đà lưu trữ năng lượng .............. 45
3.3.3. Nguyên lý điều khiển hoạt động của FESS trong vi lưới ..................... 47
3.4. ĐIỀU KHIỂN BÁNH ĐÀ LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG TRONG
VI LƯỚI ......................................................................................................... 48
3.4.1. Xây dựng mô hình toán của hệ thống FESS ......................................... 49
4.4.2. Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống FESS............................................. 57
3.5. Kết quả mô phỏng bằng phần mềm Matlap Simulink ............................. 57
3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3......................................................................... 61
KẾT LUẬN CHUNG .................................................................................... 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 63


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DER (Distributed Ennergy resouces) Nguồn năng lượng phân tán
ESS (Energy Storage System)
FESS (Flywheel Energy Storage
System)

Hệ thống lưu trữ năng lượng
Hệ thống bánh đà lưu trữ năng lượng

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Tiềm năng nguồn năng lượng tái tạo tại Việt Nam ........................ 10
Bảng 1.2: Công suất năng lượng tái tạo khai thác tại Việt Nam ................... 14
Bảng 3.1: Chu kỳ đóng/cắt các van trong mỗi sector ..................................... 56
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Cối xay gió ...................................................................................... 17
Hình 1.2: Cánh đồng điện gió tại Tây Ban Nha.............................................. 18
Hình 1.3: Công viên quang điện Lieberose 71,8 MW (Đức).......................... 20
Hình 1.4: Nhà máy điện mặt trời đầu tiên ở Ninh Thuận ............................... 21
Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống lưu trữ năng lượng trong lưới điện.................... 24
Hình 2.2: Cấu tạo của bánh đà lưu trữ năng lượng ......................................... 35
Hình 3.1: Mô hình một vi lưới ........................................................................ 38
Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống năng lượng tái tạo nối lưới có FESS ............. 43
Hình 3.3: FESS nối với vi lưới........................................................................ 44
Hình 3.4: Cấu trúc của hệ thống FESS 2 cấp.................................................. 46
Hình 3.5: Hệ thống điện gió nối lưới tích hợp FESS...................................... 47
Hình 3.6: Hệ thống điện mặt trời nối lưới tích hợp FESS .............................. 47
Hình 3.7a,b: Đường cong công suất tức thời của FESS trong hệ thống lai.... 48
Hình 3.8: Sơ đồ mạch lực hệ thống FESS ...................................................... 49
Hình 3.9: Các véc tơ không gian của SVM .................................................... 54
Hình 3.10: Sơ đồ điều khiển FESS ................................................................. 57
Hình 3.11: Sơ đồ khối hệ FESS trong vi lưới có nguồn phát PV ................... 58
Hình 3.12: Sợ thay đổi tốc độ góc của bánh đà .............................................. 59
Hình 3.13: Đáp ứng từ thông máy điện nối với bánh đà ................................ 60
Hình 3.14: Đáp ứng của thành phần dòng điện iq của FESS .......................... 60
Hình 3. 15: Đáp ứng công suất của FESS....................................................... 60

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

Lưới điện siêu nhỏ (vi lưới) là một hệ thống năng lượng tích hợp bao
gồm các nguồn năng lượng phân tán (DER - distributed energy resources)
cung cấp cho một số phụ tải và hệ thống đo đếm, hệ thống này có thể hoạt
động như một lưới điện độc lập hoặc dễ dàng tách khỏi lưới điện phân phối
hiện hành.
Hoạt động của microgrids mang lại lợi thế khác biệt cho khách hàng và
nhà cung cấp, như cải thiện hiệu quả năng lượng, giảm thiểu tiêu thụ năng
lượng tổng thể, giảm tác động môi trường, cải thiện độ tin cậy của nguồn
cung, lợi ích vận hành mạng như giảm tổn thất, giảm tắc nghẽn, kiểm soát
điện áp hoặc bảo mật cung cấp và thay thế cơ sở hạ tầng điện hiệu quả hơn.
Ngoài ra còn có một khía cạnh triết học, bắt nguồn từ niềm tin rằng các hệ
thống được kiểm soát tại địa phương có nhiều khả năng đưa ra các lựa chọn
cân bằng khôn ngoan, chẳng hạn như giữa các khoản đầu tư vào hiệu quả và
công nghệ cung ứng. Microgrids có thể điều phối tất cả các tài sản này và
trình bày chúng với megagrid theo cách thức và ở quy mô phù hợp với hoạt
động lưới điện hiện tại, do đó tránh được các khoản đầu tư lớn không cần
thiết để tích hợp các nguồn lực phi tập trung mới nổi.
Sự tham gia của các nguồn năng lương tái tạo có mang lại nhiều lợi ích
và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên mạng lưới này cũng có những mặt
hạn chế phải khắc phục, đó là sự thiếu ổn định của các nguồn phát:
+ Năng lượng mặt trời: Phụ thuộc bức xạ nhiệt của mặt trời
+ Năng lượng gió: Phụ thuộc tốc độ gió
+ Năng lượng thuỷ triều: Phụ thuộc lưu lượng dòng thuỷ triều
+ Địa Nhiệt: Phụ thuộc dòng nhiệt khai thác được từ lòng đất
+ Thuỷ điện: Phụ thuộc dòng chảy và lưu lượng nước các sông suối

Chính những phụ thuộc này có thể gây ra những biến động đột ngột, ảnh
hưởng không nhỏ đến sự ổn định của các nguồn phát điện (Công suất, điện
áp…) dẫn đến sự thiếu ổn định của vi lưới. Do đó ổn định điện áp và công
suất vi lưới là việc hết sức cần thiết.
2. Mục tiêu nghiên cứu

Phân tích đề xuất giải pháp kỹ thuật ổn định điện áp và công suất vi lưới
khi có biến động đột ngột của nguồn phát sử dụng năng lượng tái tạo.
3. Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là các vi lưới có sự tham gia của các nguồn năng
lượng tái tạo.
4. Phương pháp nghiên cứu

+ Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích đánh giá và hệ thống hóa các công
trình nghiên cứu được công bố thuộc lĩnh vực liên quan: Bài báo, tạp chí, sách
chuyên ngành…
+Mô hình hóa và mô phỏng: Để kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý
thuyết
5. Cấu trúc luận văn gồm 3 chương

- Chương 1: Trình bày một số nét tổng quan về năng lượng tái tạo, tiềm
năng và vấn đề khai thác năng lượng tái tạo trên thế giới và ở Việt Nam; đặc
biệt đi sâu tìm hiểu việc khai thác năng lượng gió và năng lượng mặt trời dưới
dạng điện năng, những phân tích này được dùng làm cơ sở cho những vấn đề
được đề cập và giải quyết ở các chương sau.
- Chương 2: Trình bày tầm quan trọng của việc lưu trữ năng lượng điện
nhằm tiết kiệm điện năng cân bằng cung - cầu điện năng trong mọi thời điểm
(giờ cao điểm cũng như giờ không cao điểm); Các hình thức lưu trữ điện năng
truyền thống và bánh đà lưu trữ năng lượng, làm cơ sở cho việc đề xuất giải

pháp cải thiện chất lượng điện của vi lưới sẽ được trình bày ở chương 3.


- Chương 3: Trình bày những nét tổng quan về vi lưới, đặc điểm và tính
cấp thiết phải có giải pháp làm mịn dao động điện áp và năng lượng trong vi
lưới; đề xuất giải pháp sử dụng bánh đà lưu trữ năng lượng trong vi lưới có
các nguồn năng lượng tái tạo; tính toán, mô hình hóa, mô phỏng cho một
trường hợp cụ thể. Kết quả mô phỏng cho thấy có thể sử dụng bánh đà lưu trũ
năng lượng để khắc phục sự thiếu hụt năng lượng tức thời trong vi lưới.
- Phần kết luận chung: Trình bày tóm tắt những nội dung chính luận
văn đã làm được và kiến nghị những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu để hoàn
thiện và áp dụng vào thực tiễn.


CHƯƠNG 1. NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
1.1. Tổng quan về năng lượng tái tạo

1.1.1. Khái niệm năng lượng tái tạo
Năng lượng tái tạo được hiểu là những nguồn năng lượng hay những
phương pháp khai thác năng lượng mà nếu đo bằng các chuẩn mực của con
người thì là vô hạn, theo hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức
mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (năng lượng Mặt
Trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (năng
lượng sinh khối) trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên
Trái Đất. Theo ý nghĩa về vật lý, năng lượng không được tái tạo mà trước tiên
là do Mặt Trời mang lại và được biến đổi thành các dạng năng lượng hay các
vật mang năng lượng khác nhau. Tùy theo trường hợp mà năng lượng này
được sử dụng ngay tức khắc hay được tạm thời dự trữ. Việc sử dụng khái
niệm "tái tạo" theo cách nói thông thường là dùng để chỉ đến các chu kỳ tái
tạo mà đối với con người là ngắn đi rất nhiều (thí dụ như khí sinh học so với

năng lượng hóa thạch). Trong cảm giác về thời gian của con người thì Mặt
Trời sẽ còn là một nguồn cung cấp năng lượng trong một thời gian gần như là
vô tận. Mặt Trời cũng là nguồn cung cấp năng lượng liên tục cho nhiều quy
trình diễn tiến trong bầu sinh quyển Trái Đất. Những quy trình này có thể
cung cấp năng lượng cho con người và cũng mang lại những cái gọi là nguyên
liệu tái tăng trưởng. Luồng gió thổi, dòng nước chảy và nhiệt lượng của Mặt
Trời đã được con người sử dụng trong quá khứ. Quan trọng nhất trong thời
đại công nghiệp là sức nước nhìn theo phương diện sử dụng kỹ thuật và theo
phương diện phí tổn sinh thái. Ngược lại với việc sử dụng các quy trình này là
việc khai thác các nguồn năng lượng như than đá hay dầu mỏ, những nguồn
năng lượng mà ngày nay được tiêu dùng nhanh hơn là được tạo ra rất nhiều.


Theo ý nghĩa của định nghĩa tồn tại "vô tận" thì phản ứng tổng hợp hạt nhân
(phản ứng nhiệt hạch), khi có thể thực hiện trên bình diện kỹ thuật, và phản
ứng phân rã hạt nhân (phản ứng phân hạch) với các lò phản ứng tái sinh
(breeder reactor), khi năng lượng hao tốn lúc khai thác uranium hay thorium
có thể được giữ ở mức thấp, đều là những nguồn năng lượng tái tạo mặc dù là
thường thì chúng không được tính vào loại năng lượng này.
1.1.2. Phân loại năng lượng tái
tạo
Năng lượng tái tạo bao gồm: Năng lượng gió, năng lượng mặt trời,
năng lượng thủy triều (sóng), thủy điện, địa nhiệt, sinh khối, nhiên liệu sinh
học. Theo nguồn gốc xuất xứ ta phân năng lượng tái tạo thành 3 loại như sau:
a) Nguồn gốc từ bức xạ mặt trời
Năng lượng Mặt Trời thu được trên Trái Đất là năng lượng của dòng
bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời đến Trái Đất. Chúng ta sẽ tiếp tục nhận
được dòng năng lượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết
nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa. Có thể trực tiếp thu lấy năng lượng này
thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng các photon của Mặt Trời

thành điện năng, như trong pin Mặt Trời. Năng lượng của các photon cũng có
thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển thành nhiệt năng, sử
dụng cho bình đun nước Mặt Trời, hoặc làm sôi nước trong các máy nhiệt
điện của tháp Mặt Trời, hoặc vận động các hệ thống nhiệt như máy điều hòa
Mặt Trời. Năng lượng của các photon có thể được hấp thụ và chuyển hóa
thành năng lượng trong các liên kết hóa học của các phản ứng quang hóa. Một
phản ứng quang hóa tự nhiên là quá trình quang hợp. Quá trình này được cho
là đã từng dự trữ năng lượng Mặt Trời vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch
không tái sinh mà các nền công nghiệp của thế kỷ 19 đến 21 đã và đang tận
dụng. Nó cũng là quá trình cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sinh học
tự nhiên, cho sức kéo gia súc và củi đốt, những nguồn năng lượng sinh học tái


tạo truyền thống. Trong tương lai, quá trình này có thể giúp tạo ra nguồn năng
lượng tái tạo ở nhiên liệu sinh học, như các nhiên liệu lỏng (diesel sinh học,
nhiên liệu từ dầu thực vật), khí (khí đốt sinh học) hay rắn. Năng lượng Mặt
Trời cũng được hấp thụ bởi thủy quyển Trái Đất và khí quyển Trái Đất để
sinh ra các hiện tượng khí tượng học chứa các dạng dự trữ năng lượng có thể
khai thác được. Trái Đất, trong mô hình năng lượng này, gần giống bình đun
nước của những động cơ nhiệt đầu tiên, chuyển hóa nhiệt năng hấp thụ từ
photon của Mặt Trời, thành động năng của các dòng chảy của nước, hơi nước
và không khí, và thay đổi tính chất hóa học và vật lý của các dòng chảy này.
Thế năng của nước mưa có thể được dự trữ tại các đập nước và chạy máy phát
điện của các công trình thủy điện. Một dạng tận dụng năng lượng dòng chảy
sông suối có trước khi thủy điện ra đời là cối xay nước. Dòng chảy của biển
cũng có thể làm chuyển động máy phát của nhà máy điện dùng dòng chảy của
biển. Dòng chảy của không khí, hay gió, có thể sinh ra điện khi làm quay tuốc
bin gió. Trước khi máy phát điện dùng năng lượng gió ra đời, cối xay gió đã
được ứngdụng để xay ngũ cốc. Năng lượng gió cũng gây ra chuyển động sóng
trên mặt biển. Chuyển động này có thể được tận dụng trong các nhà máy điện

dùng sóng biển. Đại dương trên Trái Đất có nhiệt dung riêng lớn hơn không
khí và do đó thay đổi nhiệt độ chậm hơn không khí khi hấp thụ cùng nhiệt
lượng của Mặt Trời. Đại dương nóng hơn không khí vào ban đêm và lạnh hơn
không khí vào ban ngày. Sự chênh lệch nhiệt độ này có thể được khai thác để
chạy các động cơ nhiệt trong các nhà máy điện dùng nhiệt lượng của biển.
Khi nhiệt năng hấp thụ từ photon của Mặt Trời làm bốc hơi nước biển, một
phần năng lượng đó đã được dự trữ trong việc tách muối ra khỏi nước mặn
của biển. Nhà máy điện dùng phản ứng nước ngọt - nước mặn thu lại phần
năng lượng này khi đưa nước ngọt của dòng sông trở về biển.


b) Nguồn gốc từ nhiệt năng của Trái Đất
Nhiệt năng của Trái Đất, gọi là địa nhiệt, là năng lượng nhiệt mà Trái
Đất có được thông qua các phản ứng hạt nhân âm ỉ trong lòng. Nhiệt năng
này làm nóng chảy các lớp đất đá trong lòng Trái Đất, gây ra hiện tuợng di
dời thềm lục địa và sinh ra núi lửa. Các phản ứng hạt nhân trong lòng Trái
Đất sẽ tắt dần và nhiệt độ lòng Trái Đất sẽ nguội dần, nhanh hơn nhiều
so với tuổi thọ của mặt Trời. Địa nhiệt có thể là nguồn năng lượng sản xuất
công nghiệp quy mô vừa, trong các lĩnh vực như: Nhà máy điện địa nhiệt;
Sưởi ấm địa nhiệt.
c) Nguồn gốc từ động năng hệ Trái Đất - Mặt Trăng
Trường hấp dẫn không đều trên bề mặt Trái Đất gây ra bởi Mặt Trăng,
cộng với trường lực quán tính ly tâm không đều tạo nên bề mặt hình elipsoit
của thủy quyển Trái Đất (và ở mức độ yếu hơn, của khí quyển Trái Đất và
thạch quyển Trái Đất). Hình elipsoit này cố định so với đường nối Mặt Trăng
và Trái Đất, trong khi Trái Đất tự quay quanh nó, dẫn đến mực nước biển
trên một điểm của bề mặt Trái Đất dâng lên hạ xuống trong ngày, tạo ra
hiện tượng thủy triều. Sự nâng hạ của nước biển có thể làm chuyển động các
máy phát điện trong các nhà máy điện thủy triều. Về lâu dài, hiện tượng thủy
triều sẽ giảm dần mức độ, do tiêu thụ dần động năng tự quay của Trái Đất,

cho đến lúc Trái Đất luôn hướng một mặt về phía Mặt Trăng. Thời gian kéo
dài của hiện tượng thủy triều cũng nhỏ hơn so với tuổi thọ của Mặt Trời.
d) Các nguồn năng lượng tái tạo nhỏ
Ngoài các nguồn năng lượng nêu trên dành cho mức độ công nghiệp,
còn có các nguồn năng lượng tái tạo nhỏ dùng trong một số vật dụng:


• Một số đồng hồ đeo tay dự trữ năng lượng lắc lư của tay khi con
người hoạt động thành thế năng của lò xo, thông qua sự lúc lắc của một con
quay. Năng lượng này được dùng để làm chuyển động kim đồng hồ.


• Một số động cơ có rung động lớn được gắn tinh thể áp điện chuyển
hóa biến dạng cơ học thành điện năng, làm giảm rung động cho động cơ và
tạo nguồn điện phụ. Tinh thể này cũng có thể được gắn vào đế giầy, tận
dụng chuyển động tự nhiên của người để phát điện cho các thiết bị cá nhân
nhỏ như PDA, điện thoại di động...
• Hiệu ứng điện động giúp tạo ra dòng điện từ vòi nước hay các nguồn
nước chảy, khi nước đi qua các kênh nhỏ xíu làm bằng vật liệu thích hợp.
• Các ăngten thu dao động điện từ (thường ở phổ radio) trong môi
trường sang năng lượng điện xoay chiều hay điện một chiều. Một số đèn
nhấp nháy gắn vào điện thoại di động thu năng lượng sóng vi ba phát ra từ
điện thoại để phát sáng, hoạt động theo cơ chế này.
1.1.3. Vai trò và lợi ích của năng lượng tái tạo
Năng lượng tái tạo có tiềm năng thay thế các nguồn năng lượng hóa
thạch và năng lượng nguyên tử. Trên lý thuyết, chỉ với một hiệu suất chuyển
đổi là 10% và trên một diện tích 700 x 700 km ở sa mạc Sahara thì đã có thể
đáp ứng được nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới bằng cách sử dụng năng
lượng mặt trời. Trong các mô hình tính toán trên lý thuyết người ta cũng đã
cố gắng chứng minh là với trình độ công nghệ ngày nay, mặc dầu là bị thất

thoát công suất và nhu cầu năng lượng ngày một tăng, vẫn có thể đáp
ứng được toàn bộ nhu cầu về năng lượng điện của châu Âu bằng các tuốc bin
gió dọc theo bờ biển phía Tây châu Phi hay là bằng các tuốc bin gió được
lắp đặt ngoài biển (of-shore). Sử dụng một cách triệt để các thiết bị cung cấp
nhiệt từ năng lượng mặt trời cũng có thể đáp ứng nhu cầu nước nóng.Việc
sử dụng năng lượng tái tạo sẽ mang lại nhiều lợi ích về sinh thái cũng như là
lợi ích gián tiếp cho kinh tế. So sánh với các nguồn năng lượng khác, năng
lượng tái tạo có nhiều ưu điểm hơn vì tránh được các hậu quả có hại đến


môi trường. Nhưng các ưu thế về sinh thái này có thực tế hay không thì cần
phải xem xét


sự cân đối về sinh thái trong từng trường hợp một. Thí dụ như khi sử
dụng sinh khối phải đối chiếu giữa việc sử dụng đất, sử dụng các chất hóa
học bảo vệ và làm giảm đa dạng của các loài sinh vật với sự mong muốn
giảm thiểu lượng CO2. Việc đánh giá các hiệu ứng kinh tế phụ cũng còn
nhiều điều không chắc chắn. Sử dụng năng lượng tái tạo rộng rãi và liên tục
có thể tác động đến việc phát triển của khí hậu Trái Đất về lâu dài. Có thể
hình dung đơn giản: Dòng chuyển động của gió sẽ yếu đi khi đi qua các cánh
đồng cánh quạt gió, nhiệt độ không khí giảm xuống tại các nhà máy điện mặt
trời (do lượng bức xạ phản xạ trở lại không khí bị suy giảm).
1.2. TIỀM NĂNG VÀ VẤN ĐỀ KHAI THÁC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Ở VIỆT
NAM

1.2.1. Tiềm năng
Nguồn năng lượng hóa thạch của nước ta đang suy giảm dần do trữ
lượng có hạn mà nhu cầu sử dụng ngày càng lớn, kèm theo đó là việc tiêu
thụ năng lượng này đang gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Với điều

kiện thiên nhiên và thổ nhưỡng, Việt Nam được đánh giá là quốc gia không
chỉ phong phú về nguồn năng lượng hóa thạch mà còn rất tềm năng nguồn
năng lượng tái tạo (NLTT). Thậm chí, theo đánh giá của ông Roman Ritter,
một chuyên gia về năng lượng tái tạo, Việt Nam có thể đảm bảo 100% điện
từ NLTT. Việc phát triển năng lượng tái tạo sẽ góp phần giảm têu hao năng
lượng hóa thạch, đồng thời giảm phát thải khí nhà kính. Nguồn năng lượng
tái tạo phân bổ rộng khắp trên toàn quốc. Ước tính tiềm năng sinh khối từ
các sản phẩm hay chất thải nông nghiệp có sản lượng khoảng 10 triệu tấn
dầu/năm. Khí sinh học xấp xỉ 10 tỉ m3 năm có thể thu được từ rác, phân
động vật và chất thải nông nghiệp. Thuỷ điện nhỏ (<30MW) hơn 4,000MW.
Nguồn năng lượng mặt trời phong phú với bức xạ nắng trung bình là


5kWh/m2 /ngày. Bên cạnh đó, với vị trí địa lý hơn 3,400km đường bờ biển
giúp Việt Nam có tềm


năng rất lớn về năng lượng gió ước tính khoảng 500-1000 kWh/m2/năm.
Những nguồn năng lượng tái tạo này được sử dụng sẽ đáp ứng được nhu cầu
năng lượng ngày càng tăng nhanh. Khả năng khai thác cụ thể được liệt
kê trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Tiềm năng nguồn năng lượng tái tạo tại Việt Nam
STT

Loại
nguồn

Khả năng
Tiềm năng

khaithácSX
điện(MW)

Khu vực/đối
tượng sửdụng
Khu vực miền núi:

+ Kỹ thuật:>4.000
1

Thủy điện
nhỏ

> 4.000 MW

+ Kinh tế: 2.200
+ Để khai thác hơn
cần hỗ trợ giá.

Đông Bắc; Tây Bắc,
Bắc Trungbộ; Nam
Trung Bộ; Tây
Nguyên. Cho nối
lưới và lưới điện
mini
+ Miền trung, tây

+ Kinh tế: không
2

Gió

> 30.000 MW kinh tế ở giá bán

nguyên,các đảo
+ Các khu vực ven

hiện nay. Cần hỗ trợ biển vànơi có gió
địa hình khác
+ Nhiệt mặt trời:

3

Mặt trời

4-5

> 15 MW cho khu

Tất cảcác khu vực

vực ngoài lưới.

dân cư

kWh/m2/ngày + Để phát triển cần
hỗ trợ.

Khu vựcdân cư
ngoài lưới

Sinh khối
4

+ Điện mặt trời:

Cho hộ gia đình,
+Gỗ củi

600-700 MW

tểu thủcông
nghiệp các tỉnh


STT

Loại
nguồn

Khả năng
khaithácSX

Tiềm năng

điện(MW)

Khu vực/đối
tượng sửdụng
Trấu: Khu vực ĐB

sông Mê Kông Bã

+Phụ phẩm

+ Trấu: 197 - 225

nôngnghiệp

+ Bã mía: 221 - 276 mía: Khu vựcchế
biếnđường

Sinh học
+ Hộ gia đình nông
+Khí sinh
5

học
+Nhiên
liệu sinh
học

6
7.
8.

Địa nhiệt
Thủy triều
Rác thải
sinh hoạt

thôn
> 570 triệum3 58

+ Trang trại, khu
vực chế

Chưa xác
định

biến
+ Giao thông v ận
Chưa xác định

tải

+ Sản xuất điện
+ Không kinh tế với Khu vực miền

< 400 MW

giá điện hiện nay.

Trung, Tây

> 100 MW

Cần hỗ trợ
Chưa xác định

Bắc

Các tỉnh duyên hải

350 MW

222

Các khu đô thị

Thủy điện nhỏ:
Với thủy điện nhỏ, thời gian qua đã khai thác khoảng 50% tềm năng,
các nguồn còn lại ở các vùng sâu, vùng xa, khu vực không thuận lợi, giá khai
thác cao. Theo các báo cáo đánh giá gần đây nhất thì hiện nay có trên
1.000 địa điểm đã được xác định có tềm năng phát triển thủy điện nhỏ,
qui mô từ
100kW tới 30MWvới tổng công suất đặt trên 7.000MW, các vị trí này tập
trung chủ yếu ở vùng núi phía Bắc, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên.


Năng lượng gió:
Theo Tài liệu "Bản đồ Năng Lượng Gió Khu Vực Đông Nam Á" công bố
vào năm 2001, Việt Nam có một tềm năng vô cùng lớn cho việc khai triển
điện gió thương mại. Trong các nghiên cứu gần đây, tềm năng điện gió qui
mô lớn được đánh giá có công suất lý thuyết lên đến 120-160 GW, với phần
lớn các tềm năng khai thác nằm dọc ở khu vực bờ biển Đông-Đông Nam.
Tiềm năng to lớn về năng lượng gió dọc bờ biển Trung-Nam Bộ là từ cơ chế
gió mùa trong khu vực. Các dãy núi cao ở Trung và Nam Bộ nằm ở một vị trí
đặcbiệt thuận lợi do chúng hình thành một hàng rào cản gió gần như
thẳng góc với hướng gió mùa Đông Bắc trong khoảng tháng 10 đến tháng 5,
và từ Tây Nam trong khoảng tháng 6 đến tháng 9 mỗi năm. Được đánh giá là
quốc gia có tềm năng phát triển năng lượng gió nhưng hiện tại số liệu về

năng lượng gió của Việt Nam chưa được hệ thống đầy đủ bởi còn thiếu điều
tra và đo đạc. Số liệu đánh giá về tềm năng năng lượng gió có sự dao động
khá lớn. Theo các báo cáo thì tềm năng năng lượng gió của Việt Nam tập
trung nhiều nhất tại vùng duyên hải miền Trung, miền Nam, Tây Nguyên và
các đảo.
Năng lượng sinh khối:
Là một nước nông nghiệp, Việt Nam có tềm năng rất lớn về nguồn
năng lượng sinh khối. Khả năng khai thác bền vững nguồn sinh khối chosản
xuất năng lượng ở Việt Nam đạt khoảng 150 triệu tấn mỗi năm. Việc sản xuất
nhiên liệu sinh học đã được thí điểm và sản xuất thương mại. Trong sản xuất
điện từ năng lượng sinh khối, một số dự án têu biểu tại Việt Nam là công
nghệ đồng phát nhiệt điện từ bã mía và trấu.
Năng lượng mặt trời:
Việt Nam có bức xạ Mặt Trời vào loại cao trên thế giới,với số giờ nắng
dao động từ 1.600 - 2.600 giờ/năm, đặc biệt là khu vực phía Nam. Việt Nam
hiện có trên 100 trạm quan trắc toàn quốc để theo dõi dữ liệu về năng lượng


mặt trời. Tính trung bình toàn quốc thì bức xạ Mặt Trời dao động từ 3,8-5,2
kWh/m2/ngày. Tiềm năng điện Mặt Trời là tốt nhất ở các vùng từ Thừa Thiên


Huế trở vào miền Nam (bức xạ dao động từ 4,0-5,9 kWh/m2/ngày). Tại miền
Bắc, bức xạ Mặt Trời dao động khá lớn, từ 2,4-5,6 kWh/m2/ngày, trong đó
vùng Đông Bắc trong đó có Đồng bằng sông Hồng có tiềm năng thấp nhất,
với thời tiết thay đổi đáng kể theo mùa. Theo các tính toán gần đây, tềm
năng kỹ thuật cho các hệ hấp thu nhiệt Mặt Trời để đun nước là 42,2 PJ,
tềm năng hệ điện Mặt Trời tập trung hòa mạng (intergrated PV system) là
1.799 MW và tền năng lắp đặt các hệ điện Mặt Trời cục bộ/gia đình (SHS:
solar home sytem) là 300.000 hộ gia đình, tương đương với công suất là

20 MW. Về năng lượng mặt trời dùng để sản xuất điện hiện nay chủ yếu là
nguồn điện pin mặt trời được lắp đặt ở khu vực nông thôn, miền núi, hải
đảo. Các hệ thống pin mặt trời đã có mặt ở các tỉnh, thành trong cả nước.
Năng lượng mặt trời được sử dụng chủ yếu cho các mục đích như: Đun
nước nóng, Phát điện và các ứng dụng khác như sấy, nấu ăn... Với tổng số
giờ nắng cao lên đến trên
2.500 giờ/năm, tổng lượng bức xạ trung bình hàng năm vào khoảng 230-250
kcal/cm2 theo hướng tăng dần về phía Nam là điều kiện tốt cho phát triển
các công nghệ năng lượng mặt trời.
Năng lượng địa nhiệt:
Mặc dù nguồn địa nhiệt chưa được điều tra và tính toán kỹ. Tuy nhiên,
với số liệu điều tra và đánh giá gần đây nhất cho thấy tềm năng điện địa
nhiệt ở Việt Nam có thể khai thác đến trên 300MW. Khu vực có khả năng
khai thác hiệu quả là miền Trung.
1.3.2. Vấn đề khai thác năng lượng tái tạo ở Việt
Nam
Theo một báo cáo của Bộ Công Thương, hiện nay Việt Nam có đến 7
dạng NLTT có tiềm năng khai thác. NL gió: tiềm năng 8% diện tích toàn lãnh
thổ, đãđo xác định 1800MW, hiện khai thác 1.25MW; NL mặt trời: tiềm năng
4-5kWh/m2/d, hiện khai thác 1.2KW; Thủy điện nhỏ: hiện khai thác