Nghiên cứu các chế độ làm việc và ảnh hưởng của nhà máy phát điện chạy băng sức gió kết nối với lưới điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN DUY KHIÊM

NGHIÊN CỨU CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA
NHÀ MÁY PHÁT ĐIỆN CHẠY BẰNG SỨC GIÓ
KẾT NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 62520202

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội - 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN DUY KHIÊM

NGHIÊN CỨU CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA
NHÀ MÁY PHÁT ĐIỆN CHẠY BẰNG SỨC GIÓ
KẾT NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 62520202

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1.GS.VS.TSKH.Trần Đình Long
2.TS.Đỗ Xn Khơi

Hà Nội – 2015



1

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn khoa
học của GS.VS.TSKH.Trần Đình Long và TS.Đỗ Xn Khơi. Các kết quả nêu trong luận án
là trung thực và chưa từng cơng bố trong bất kỳ một cơng trình nào.

Tác giả luận án

Nguyễn Duy Khiêm


2

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến GS.VS.TSKH Trần Đình Long, TS.Đỗ
Xn Khơi đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng khoa học, dành nhiều thời gian q báu và tâm
huyết giúp đỡ để tơi hồn thành luận án.
Tơi xin chân thành cảm ơn q thầy giáo, cô giáo ở Bộ môn Hệ thống điện; lãnh đạo
Viện Điện, Viện Đào tạo Sau Đại học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; lãnh đạo khoa Kỹ

thuật và Công nghệ, Tổ chức Cán bộ Trường Đại học Quy Nhơn đã tạo mọi điều kiện thuận
lợi về mặt tài chính và thời gian trong suốt q trình nghiên cứu luận án. Xin chân thành cảm
ơn lời động viên của bạn bè và đồng nghiệp đã dành cho tôi. Tôi thật sự biết ơn những người
nghiên cứu trước đây với những cơng trình có liên quan đến đề tài luận án đã được trích dẫn
trong phần tài liệu tham khảo.
Cuối cùng con xin bày tỏ lòng biết ơn đến ba mẹ, cảm ơn vợ và hai con trai đã luôn động
viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi cả vật chất và tinh thần. Đó chính là nguồn động lực to lớn để
tơi vượt qua khó khăn và hồn thành luận án.
Tác giả luận án

Nguyễn Duy Khiêm


3

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN....................................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................ 2
MỤC LỤC .................................................................................................................................. 3
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .............................................................................................. 7
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ............................................................................... 8
THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................... 13
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................... 15
CHƢƠNG 1 .............................................................................................................................. 19
TỔNG QUAN ........................................................................................................................... 19
1.1 Năng lƣợng gió, nguồn năng lƣợng của tƣơng lai ...................................................... 19
1.2 Hiện trạng phát triển năng lƣợng gió trên thế giới.................................................... 21
1.3 Những thành tựu khoa học công nghệ trong lĩnh vực điện gió................................ 22
1.3.1 Lịch sử phát triển của turbine gió .......................................................................... 22
1.3.2 Các loại máy phát dùng trong hệ thống phát điện chạy bằng sức gió ................... 25

1.3.3 Phát triển năng lượng gió ở thềm lục địa .............................................................. 29
1.3.4 Suất đầu tư và giá thành điện năng của nguồn điện gió ........................................ 31
1.4 Điện gió tại Việt Nam.................................................................................................... 32
1.4.1 Tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam ............................................................. 32
1.4.2 Đặc điểm và chế độ của nguồn năng lượng gió ở Việt Nam................................. 35
1.4.3 Biến động cơng suất gió ở Việt Nam .................................................................... 37
1.4.4 Các nghiên cứu sử dụng năng lượng gió tại Việt Nam ......................................... 38
1.4.5 Chiến lược và quy hoạch phát triển năng lượng gió tại Việt Nam .................... 40
1.4.6 Chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng gió tại Việt Nam ................................ 42
1.5 Tóm tắt chƣơng 1 .......................................................................................................... 42
CHƢƠNG 2 .............................................................................................................................. 43
ĐẤU NỐI NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN .............................................. 43
2.1 Sơ đồ đấu nối nhà máy điện gió vào hệ thống điện .................................................... 43
2.2 Lựa chọn thông số của mạch đấu nối .......................................................................... 45
2.2.1 Khoảng cách đấu nối ............................................................................................. 45


4
2.2.2 Tiết diện dây dẫn ................................................................................................... 45
2.2.3 Công suất đấu nối .................................................................................................. 45
2.2.4 Điện áp đấu nối ..................................................................................................... 46
2.3 Các mơ hình kết nối tổ máy turbine gió với lƣới điện ............................................... 47
2.3.1 Mơ hình kết nối trực tiếp máy phát với lưới điện (loại A) .................................... 47
2.3.2 Mơ hình máy phát kết nối lưới điện sử dụng phương thức thay đổi điện trở mạch
rotor (loại B) ................................................................................................................... 48
2.3.3 Mô hình kết nối máy phát cảm ứng nguồn kép với lưới điện (loại C) .................. 48
2.3.4 Mơ hình máy phát kết nối lưới điện thông qua bộ biến đổi tỉ lệ đầy đủ (loại D) .. 49
2.4 Chế độ làm việc của máy phát cảm ứng nguồn kép nối lƣới .................................... 51
2.4.1 Sơ đồ thay thế và công suất của máy phát cảm ứng nguồn kép ............................ 51
2.4.2 Dịng cơng suất của máy phát cảm ứng nguồn kép ............................................... 52

2.4.3 Các chế độ làm việc của máy phát cảm ứng nguồn kép ........................................ 55
2.5 Một số tiêu chuẩn Quốc tế và quy định của Việt Nam về điều kiện đấu nối NMĐG
vào HTĐ ............................................................................................................................... 56
2.5.1 Một số tiêu chuẩn Quốc tế..................................................................................... 56
2.5.2 Quy định của Việt Nam về điều kiện đấu nối ....................................................... 62
2.6 Điều khiển hoạt động của turbine gió trong lƣới điện ............................................... 65
2.6.1 Đường cong cơng suất lý tưởng ............................................................................ 65
2.6.2 Mục đích và chiến lược điều khiển ...................................................................... 66
2.6.3 Điều khiển công suất NMĐG ................................................................................ 68
2.7 Thông số và sơ đồ đấu nối NMĐG Tuy Phong vào lƣới phân phối địa phƣơng ..... 70
2.7.1 Vị trí địa lý nơi đặt nhà máy.................................................................................. 70
2.7.2 Hệ thống thiết bị và mơ hình nối lưới của nhà máy ............................................. 71
2.8 Tóm tắt chƣơng 2 .......................................................................................................... 79
CHƢƠNG 3 .............................................................................................................................. 80
MƠ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA NMĐG ĐẾN THÔNG SỐ VẬN
HÀNH CỦA LƢỚI ĐIỆN ĐỊA PHƢƠNG ............................................................................ 80
3.1 Thông số của các đối tƣợng đƣợc mô phỏng .............................................................. 80
3.2 Mơ phỏng kết nối NMĐG Tuy Phong – Bình Thuận với lƣới điện 110kV địa
phƣơng trên phần mềm PSS/E .......................................................................................... 81


5
3.2.1 Sơ đồ nguyên lý của lưới điện 110kV tỉnh Bình Thuận ........................................ 81
3.2.2 Xác định phạm vi ảnh hưởng của NMĐG Tuy Phong đến lưới điện địa phương 81
3.3 Xây dựng biểu đồ trao đổi công suất giữa NMĐG với lƣới điện địa phƣơng trong
một số chế độ đặc trƣng...................................................................................................... 85
3.3.1 Các dữ liệu về gió .................................................................................................. 85
3.3.2 Khả năng phát cơng suất của turbine gió .............................................................. 86
3.3.3 Xây dựng biểu đồ phát công suất của nhà máy điện gió Tuy Phong .................... 88
3.3.4 Biểu đồ trao đổi cơng suất ..................................................................................... 94

3.4 Mô phỏng thông số vận hành của lƣới điện trong các chế độ đặc trƣng ................. 95
3.5 Tóm tắt chƣơng 3 ........................................................................................................ 100
CHƢƠNG 4 ............................................................................................................................ 101
ẢNH HƢỞNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN ... 101
4.1 Một số chỉ tiêu thƣờng dùng để đánh giá độ tin cậy của các hệ thống cung cấp điện
............................................................................................................................................ 101
4.1.1 Các thông số đầu vào để xác định các chỉ tiêu độ tin cậy ................................... 101
4.1.2 Các chỉ tiêu để đánh giá độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện ......................... 101
4.1.3 Một số định mức về chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện thường được áp dụng ..... 105
4.2 Số liệu thống kê về thơng số độ tin cậy của các turbine gió đƣợc lắp đặt ở Tuy
Phong – Bình Thuận ......................................................................................................... 105
4.2.1 Thơng số hỏng hóc của turbine gió ở NMĐG Tuy Phong – Bình Thuận ........... 106
4.2.2 Xác suất trạng thái của các tổ máy điện gió Tuy Phong – Bình Thuận .............. 107
4.3 Đẳng trị hóa sơ đồ lƣới điện để tính tốn độ tin cậy cung cấp điện ....................... 108
4.3.1 Sơ đồ lưới điện cần khảo sát và thông số về độ tin cậy của các phần tử ............ 108
4.3.2 Đẳng trị hóa lưới điện, tính thơng số độ tin cậy của các phần tử đẳng trị........... 109
4.3.3 Xác suất trạng thái của hệ thống đẳng trị ............................................................ 111
4.4 Ảnh hƣởng của NMĐG đến kỳ vọng thiếu hụt điện năng của hộ tiêu thụ ............ 112
4.4.1 Kỳ vọng thiếu hụt điện năng của phụ tải ngày đặc trưng khi chưa có NMĐG ... 113
4.4.2 Kỳ vọng thiếu hụt điện năng của phụ tải ngày đặc trưng khi có NMĐG ............ 115
4.5 Chiến lƣợc chia cắt (tách đảo) lƣới điện để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện .... 122
4.5.1 Nội dung của chiến lược tách đảo trong trường hợp có nguồn điện phân tán kết
nối với lưới điện ........................................................................................................... 122
4.5.2 Tính tốn các thơng số vận hành lưới điện được tách đảo .................................. 126


6
4.6 Tóm tắt chƣơng 4 ........................................................................................................ 135
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................... 136
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ ĐƢỢC CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .................. 138

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 139
PHỤ LỤC 1 ............................................................................................................................ 148
PHỤ LỤC 2 ............................................................................................................................ 162
PHỤ LỤC 3 ............................................................................................................................ 166


7

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thị phần của các hãng cung cấp thiết bị năng lượng gió ........................................... 22
Bảng 1.2 Các loại máy phát của các nhà chế tạo hàng đầu thế giới .......................................... 26
Bảng 1.3 Một số địa phương có tiềm năng gió cao nhất ở Việt Nam ....................................... 32
Bảng 1.4 Các dự án đầu tư điện gió ở Việt Nam ....................................................................... 39
Bảng 1.5 Dự báo nhu cầu điện năng đến năm 2020 ................................................................. 40
Bảng 1.6 Cơ cấu điện năng năm 2020 và 2030 ......................................................................... 41
Bảng 1.7 Kịch bản khai thác các nguồn Năng lượng tái tạo đến năm 2030 .............................. 41
Bảng 2.1 Mối quan hệ của các thông số trong mạch đấu nối NMĐG với lưới điện ................. 46
Bảng 2.2 Một ví dụ về phân bố cơng suất giữa stator và rotor theo các hệ số trượt khác nhau 54
Bảng 2.3 Khả năng vận hành của turbine gió ứng với dải điện áp và tần số ............................. 63
Bảng 2.4 Giới hạn một số thông số về chất lượng điện năng .................................................... 65
Bảng 2.5 Sản lượng điện hàng năm của nhà máy điện gió Tuy Phong – Bình Thuận .............. 74
Bảng 3.1 Thông số các phần tử được mô phỏng xét cho trường hợp NMĐG phát công suất lớn
nhất tại thời điểm 17h ngày 7/8/2012 ........................................................................................ 84
Bảng 3.2 Hệ số CP theo dải tốc độ gió ....................................................................................... 90
Bảng 3.3 Tổng hợp kết quả tính tốn cho các chế độ đặc trưng ................................................ 97
Bảng 4.1 Một số chỉ số mục tiêu về ĐTC CCĐ của Hoa Kỳ .................................................. 105
Bảng 4.2 Các chỉ tiêu được EVN giao cho các Tổng công ty Điện Lực (PC) năm 2014 ....... 105
Bảng 4.3 Số liệu thống kê về hỏng hóc của turbine gió của NMĐG Tuy Phong .................... 106
Bảng 4.4 Kết quả tính tốn xác suất trạng thái của nguồn điện gió ........................................ 108

Bảng 4.5 Xác suất hỏng hóc của các phần tử lưới điện ........................................................... 108
Bảng 4.6 Tổng hợp dãy xác suất khả năng cung ứng của lưới điện ........................................ 113
Bảng 4.7 Phụ tải tiêu thụ của lưới điện và nguồn phân tán tại thời điểm 12h, 23h trong ngày
đặc trưng đã chọn (1/12/2012)................................................................................................. 126
Bảng 4.8 Tổn thất công suất và điện áp của các nút phụ tải trước khi tách đảo ...................... 126
Bảng 4.9 Tổn thất công suất và điện áp của các nút phụ tải sau khi tách đảo ......................... 131
Bảng 4.10 Tổn thất công suất và điện áp 22kV trên TBA Phan Rí ......................................... 132
Bảng 4.11 Tổn thất cơng suất và điện áp của các nút phụ tải (có kết hợp sa thải phụ tải) ...... 133


8

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Xu hướng tiêu thụ năng lượng toàn cầu từ 1990 đến 2040 ....................................... 19
Hình 1.2 Cơng suất các nguồn năng lượng tái tạo trong những năm gần đây: (1) Thủy điện, (2)
Năng lượng gió, (3) Năng lượng sinh khối, (4) Năng lượng mặt trời, (5) Năng lượng địa nhiệt
................................................................................................................................................... 20
Hình 1.3 Biểu đồ tăng trưởng cơng suất điện gió trên tồn thế giới ......................................... 21
Hình 1.4 Xếp hạng 10 quốc gia có cơng suất lắp đặt điện gió cao nhất thế giới ....................... 22
Hình 1.5 Các thành phần chính của turbine gió trục đứng và trục ngang ................................. 23
Hình 1.6 Turbine gió của Poul The Mule Cour, ở Askov – Đan Mạch năm 1891 .................. 23
Hình 1.7 Turbine gió trục đứng kiểu “Eole C” đặt tại CapChat – Quebec .............................. 24
Hình 1.8 Q trình phát triển của turbine gió ........................................................................... 24
Hình 1.9 Mơ hình chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng điện trong hệ thống phát điện
chạy bằng gió ............................................................................................................................ 25
Hình 1.10 Giản đồ khối mô tả các loại máy phát điện chạy bằng sức gió ................................ 26
Hình 1.11 Năng lực chế tạo turbine gió của một số nhà sản xuất hàng đầu thế giới (theo cơng
suất tổ máy) ............................................................................................................................... 29
Hình 1.12 Biểu đồ tăng trưởng cơng suất điện gió ở thềm lục địa ........................................... 30

Hình 1.13 Cơng nghệ nền móng ................................................................................................ 30
Hình 1.14 Giá thành điện gió giảm từ năm 1990 đến năm 2012 ............................................... 31
Hình 1.15 Tiềm năng năng lượng gió Việt Nam do World Bank khảo sát .............................. 34
Hình 1.16 Các vị trí có thể xây dựng NMĐG qui mơ cơng nghiệp tại Việt Nam ..................... 35
Hình 1.17 Chế độ gió ở Miền Bắc, kịch bản cho năm 2020...................................................... 36
Hình 1.18 Chế độ gió ở Miền Trung, kịch bản cho năm 2020 .................................................. 36
Hình 1.19 Chế độ gió ở Miền Nam, kịch bản cho năm 2020 .................................................... 36
Hình 1.20 Mơ tả sự chênh lệch sản lượng điện gió theo giờ ..................................................... 37
Hình 1.21 Mức thay đổi cơng suất trong thời gian 10 phút ....................................................... 37
Hình 1.22 Độ lệch chuẩn cơng suất gió trong thời gian 10 phút ............................................... 38
Hình 1.23 Nhà máy điện gió Tuy Phong – Bình Thuận ............................................................ 39


9
Hình 2.1 Sơ đồ điển hình đấu nối trang trại gió trên đất liền vào lưới điện .............................. 44
Hình 2.2 Sơ đồ điển hình đấu nối trang trại gió ở thềm lục địa vào lưới điện .......................... 44
Hình 2.3 Sơ đồ đấu nối tương ứng với qui mô công suất của trang trại gió.............................. 45
Hình 2.4 Mơ hình máy phát nối trực tiếp với lưới (loại A) ....................................................... 47
Hình 2.5 Mơ hình máy phát nối lưới có tốc độ thay đổi một phần nhờ việc thay đổi điện trở
mạch rotor (loại B) ................................................................................................................... 48
Hình 2.6 Mơ hình nối lưới của máy phát cảm ứng nguồn kép (loại C) ..................................... 49
Hình 2.7 Mơ hình máy phát nối lưới thơng qua bộ biến đổi điện tử công suất đầy đủ (loại D) 50
Hình 2.8 Sơ đồ mạch điện thay thế của DFIG .......................................................................... 51
Hình 2.9 Sơ đồ mơ tả dịng cơng suất của máy phát cảm ứng nguồn kép nối lưới .................. 53
Hình 2.10 Dịng cơng suất của DFIG làm việc ở chế độ dưới đồng bộ ................................... 55
Hình 2.11 Dịng cơng suất của DFIG làm việc ở chế độ trên đồng bộ ..................................... 55
Hình 2.12 Dịng cơng suất của DFIG làm việc ở chế độ đồng bộ ............................................. 56
Hình 2.13 Đồ thị thể hiện giới hạn biên độ điện áp và tần số của lưới điện Đan Mạch vận hành
có kết nối điện gió ..................................................................................................................... 57
Hình 2.14 Đồ thị thể hiện giới hạn biên độ điện áp và tần số của lưới điện Anh Quốc vận hành

có kết nối điện gió ..................................................................................................................... 57
Hình 2.15 Đồ thị thể hiện giới hạn biên độ điện áp và tần số của lưới điện Đan Mạch vận hành
có kết nối điện gió (ở cấp điện áp lớn hơn 132kV) ................................................................... 58
Hình 2.16 Đồ thị thể hiện giới hạn biên độ điện áp và tần số của lưới điện Anh Quốc vận hành
có kết nối điện gió (ở cấp điện áp lớn hơn 132kV) ................................................................... 58
Hình 2.17 Yêu cầu lượng công suất phản kháng của turbine gió .............................................. 59
Hình 2.18 Điều chỉnh lượng cơng suất tác dụng cho việc hỗ trợ tần số ................................... 60
Hình 2.19 Qui định LVRT của NMĐG ở một số quốc gia phát triển điện gió ........................ 61
Hình 2.20 Giới hạn điện áp và tần số trong vận hành lưới điện có kết nối với nhà máy điện gió
tại Việt Nam............................................................................................................................... 63
Hình 2.21 Khả năng vượt qua điện áp thấp của turbine gió kết nối với lưới điện Việt Nam .... 65
Hình 2.22 Đường cong cơng suất lý tưởng của turbine gió....................................................... 66
Hình 2.23 Phương pháp điều khiển cơ bản VS – VP ................................................................ 68
Hình 2.24 Sơ đồ mơ tả các bộ phận điều khiển turbine gió....................................................... 69
Hình 2.25 Các phương pháp điều khiển DFIG .......................................................................... 70
Hình 2.26 Cấu trúc của turbine gió loại FL/MD 70/77 (Fuhrländer) ........................................ 72


10
Hình 2.27 Đồ thị cơng suất của turbine loại FL/MD 70/77 lắp đặt tại Tuy Phong ................... 72
Hình 2.28 Sơ đồ đấu nối nhà máy điện gió Tuy Phong vào lưới điện ...................................... 74
Hình 2.29 Sơ đồ mặt bằng đấu nối nhà máy điện gió Tuy Phong – Bình Thuận với lưới 110kV
thơng qua trạm Tuy Phong ........................................................................................................ 75
Hình 2.30 Sơ đồ nguyên lý đấu nối NMĐG Tuy Phong – Bình Thuận .................................... 76
Hình 2.31 Sơ đồ địa lý lưới điện truyền tải tỉnh Bình Thuận đến năm 2015 ............................ 77
Hình 2.32 Sơ đồ nguyên lý lưới điện 110kV tỉnh Bình Thuận đến năm 2015 .......................... 78
Hình 3.1 Điện áp tại các nút phụ tải ứng với ngày phụ tải tiêu thụ cơng suất lớn nhất ............. 82
Hình 3.2 Điện áp tại các nút phụ tải ứng với ngày phụ tải tiêu thụ cơng suất nhỏ nhất ............ 82
Hình 3.3 Điện áp tại các nút phụ tải ứng với ngày NMĐG phát cơng suất lớn nhất ................. 83
Hình 3.4 Sơ đồ lưới điện 110kV Bình Thuận có kết nối điện gió đã được đơn giản hóa ......... 83

Hình 3.5 Sơ đồ mơ phỏng trên nền PSS/E lưới điện 110kV Bình Thuận có kết nối điện gió đã
được đơn giản hóa ..................................................................................................................... 84
Hình 3.6 Hoa gió ....................................................................................................................... 85
Hình 3.7 Họ đặc tính tần suất tốc độ gió ................................................................................... 85
Hình 3.8 Đồ thị kéo dài theo thời gian (a) và xác suất phân bố vận tốc gió (b) trong năm ....... 86
Hình 3.9 Mặt cắt ngang dạng hình trịn có tiết diện A .............................................................. 86
Hình 3.10 Đường cong thể hiện hệ số chuyển đổi tối đa cơng suất từ gió ở những tốc độ khác
nhau .......................................................................................................................................... 87
Hình 3.11 Biểu đồ cơng suất phát theo thực tế đo đạc trong ngày xem xét .............................. 89
Hình 3.12 Biểu đồ vận tốc gió trong ngày xem xét ................................................................... 89
Hình 3.13 Biểu đồ cơng suất phát tra theo đường cong đặc tính............................................... 90
Hình 3.14 Biểu đồ cơng suất phát tính theo cơng thức (3.7) ..................................................... 90
Hình 3.15 Tổng hợp các biểu đồ trên cùng đồ thị ..................................................................... 91
Hình 3.16 Biểu đồ phát cơng suất cực đại theo tháng trong năm 2012 ................................... 92
Hình 3.17 Biểu đồ phát cơng suất trong ngày đặc trưng 7/8/2012 .......................................... 92
Hình 3.18 Biểu đồ phát cơng suất trung bình trong ngày theo bốn mùa trong năm 2012 ....... 93
Hình 3.19 Biểu đồ phát cơng suất trung bình trong ngày theo mùa mưa và mùa khô trong năm
2012 (mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10; mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau) ........... 93
Hình 3.20 Biểu đồ phụ tải nút CN Vĩnh Hảo – Ninh Phước trong ngày đặc trưng 7/8/2012 .. 94
Hình 3.21 Biểu đồ trao đổi công suất qua đường dây liên lạc cho ngày đặc trưng đã chọn .... 95


11
Hình 3.22 Trào lưu cơng suất trên phần lưới điện kết nối với NMĐG ..................................... 96
Hình 3.23 Biểu đồ phụ tải tiêu thụ của lưới điện khảo sát trong ngày 7/8/2012 ....................... 98
Hình 3.24 Biểu đồ phát cơng suất tồn phần của NMĐG trong ngày 7/8/2012 ........................ 99
Hình 3.25 Điện áp trên các điểm nút phụ tải lân cận NMĐG trong ngày NMĐG phát cơng suất
lớn nhất ...................................................................................................................................... 99
Hình 4.1 Sơ đồ lưới điện có kết nối NMĐG để khảo sát độ tin cậy cung cấp điện ................ 109
Hình 4.2 Sơ đồ lưới điện đã được đẳng trị hóa........................................................................ 110

Hình 4.3 Biểu đồ phụ tải (L1) và (L2) trong ngày có cơng suất tiêu thụ lớn nhất .................. 113
Hình 4.4 Biểu đồ khả năng cung ứng của nguồn ứng với khả năng tải của lưới (103MVA) .. 114
Hình 4.5 Biểu đồ khả năng cung ứng của nguồn ứng với khả năng tải của lưới (63MVA) .... 114
Hình 4.6 Biểu đồ khả năng cung ứng của nguồn ứng với khả năng tải của lưới (0MVA) ...... 115
Hình 4.7 Biểu đồ khả năng phát cơng suất của nguồn điện gió ngày đặc trưng...................... 116
Hình 4.8 Biểu đồ khả năng cung ứng của nguồn có xét đến yếu tố xác suất nguồn gió ứng với
khả năng tải của lưới điện (103MVA) ..................................................................................... 116
Hình 4.9 Biểu đồ khả năng cung ứng của nguồn có xét đến yếu tố xác suất nguồn gió ứng với
khả năng tải của lưới điện (63MVA) ....................................................................................... 117
Hình 4.10 Biểu đồ khả năng cung ứng của nguồn có xét đến yếu tố xác suất nguồn gió ứng với
khả năng tải của lưới điện (0MVA) ......................................................................................... 117
Hình 4.11 Khả năng, mức cung ứng và tiêu thụ tương ứng của NMĐG, HTĐ và phụ tải...... 118
Hình 4.12 Mức cung ứng của nguồn khi có điện gió ứng với khả năng tải của lưới điện ...... 118
Hình 4.13 Mức cung ứng của hệ thống cung cấp sau khi đáp ứng phụ tải L1 ........................ 119
Hình 4.14 Lượng thiếu hụt cơng suất khi cung cấp cho nhóm phụ tải L2 .............................. 119
Hình 4.15 Sơ đồ khối mơ tả q trình tính tốn kỳ vọng thiếu hụt điện năng cho ngày khảo sát
................................................................................................................................................. 121
Hình 4.16 Sơ đồ logic điều khiển máy cắt để tách đảo ........................................................... 124
Hình 4.17 Trào lưu cơng suất của lưới điện trước khi tách đảo (tại thời điểm 12h) ............... 127
Hình 4.18 Trào lưu công suất trên nhánh Nút giao nhau – Phan Rí và TC220C – TC110C
trước khi tách đảo .................................................................................................................... 128
Hình 4.19 Sơ đồ mạch dự kiến cấp điện cho phụ tải đã được chia cắt (tách đảo) (12h) ......... 129
Hình 4.20 Sơ đồ mạch dự kiến cấp điện cho phụ tải đã được chia cắt (tách đảo) (23h) ......... 130
Hình 4.21 Biểu đồ trao đổi cơng suất giữa nguồn phân tán với phụ tải sau khi tách đảo ....... 131


12
Hình 4.22 Biểu đồ trao đổi cơng suất giữa nguồn phân tán với phụ tải Phan Rí sau khi chia cắt
lưới điện (tách đảo) .................................................................................................................. 132
Hình 4.23 Sơ đồ lưới điện tách đảo kết hợp với sa thải phụ tải .............................................. 133

Hình 4.24 Trào lưu cơng suất của lưới đã được tách đảo kết hợp sa thải phụ tải loại 2; 3 ..... 134


13

THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT

AC

Alternating Current

Dòng xoay chiều

CCS

Carbon Capture and Storage

Sự thu giữ các bon

COE

Cost Of Electricity

Chi phí sản xuất điện năng

DC

Direct Current

Dòng một chiều

DFIG

Doubly Fed Induction Generator

Máy phát cảm ứng nguồn kép

DG

Distributed Generation

Nguồn phân tán

DNO

Distribution network operator

Nhà vận hành lưới điện phân phối

EIA

The International Energy Agency

Cơ quan năng lượng quốc tế

ERAV

Electricity
Vietnam

EVN

Vietnam Electricity

Tập đoàn Điện lực Việt Nam

FPC

Full power converter

Bộ chuyển đổi nguồn đầy đủ

GHG

Green House Gas

Phát thải khí nhà kính

HAWT

Horizontal Axis Wind Turbine

Turbine gió trục ngang

HVAC

High Voltage Alternating Current

Dòng điện xoay chiều cao áp

HVDC

High Voltage Direct Current

Dòng điện một chiều cao áp

IEC

International Electrotechnical Commission

Ủy ban Điện Quốc tế

IEEE

Institute of
Engineers

IGBT

Insulated Gate Bipolar Transistor

Transistor lưỡng cực

LOEE

Loss of energy expectation

Kỳ vọng thiếu hụt điện năng

LOLE

Loss of load expectation

Kỳ vọng thiếu hụt công suất

LOLP

Loss of load probability

Xác suất thiếu hụt công suất

LVRT

Low Voltage Ride Through

Khả năng vượt qua điện áp thấp

NCF

Net Cash Flow

Dịng tiền thuần

PECC3

Power Engineering Consultancy Company Cơng ty Tư vấn điện 3

Regulatory

Electrical

Authority

and

of Cục Điều tiết Điện lực Việt Nam

Electronic Viện Kỹ sư Điện – Điện tử

No. 3
PMSG

Permanent Magnet Synchronous Generator

Máy phát điện đồng bộ nam châm


14
vĩnh cửu
POC

Point Of Connection

Điểm kết nối

PSS/ETM Power System Simulator for Engineers

Phần mềm mô phỏng hệ thống điện
dùng cho Kỹ sư

pu

per unit

Đơn vị tương đối

PWM

Pulse Width Modulation

Điều chế độ rộng xung

SCADA

Supervisory Control And Data Acquisition

Điều khiển giám sát và thu thập dữ
liệu

SCIG

Squirrel Cage Induction Generator

Máy phát điện cảm ứng rotor lồng
sóc

THD

Total Harmonic Distortion

Tổng độ méo hài

TSO

Transmission System Operator

Nhà điều hành hệ thống truyền tải

UK

United Kingdom

Anh Quốc

UScts

United States of America Dollar Cents

Xu Đơ la Mỹ

VAWT

Vertical Axis Wind Turbine

Turbine gió trục đứng

VSC

Voltage Source Converter

Bộ chuyển đổi nguồn điện áp

WECS

Wind Energy Conversion Systems

Hệ thống chuyển đổi năng lượng
gió

WRIG

Wound Rotor Induction Generator

Máy phát điện cảm ứng rotor dây
quấn

WRSG

Wound Rotor Synchronous Generator

Máy phát đồng bộ rotor dây quấn

WTG

Wind Turbine Generator

Máy phát tuabin gió


15

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Từ xa xưa nhân loại đã sử dụng năng lượng gió vào việc di chuyển thuyền buồm, kinh
khí cầu, xoay bột ngũ cốc, bơm nước...Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất ra điện năng
đã hình thành ngay sau các phát minh ra điện và máy phát điện. Vào cuối thế kỷ 19, thí
nghiệm đầu tiên đã được thực hiện thành cơng việc sử dụng cối xay gió để tạo ra điện năng.
Lúc đầu sử dụng cánh quạt của cối xoay gió để chuyển đổi năng lượng gió thành cơ năng quay
rotor máy phát điện. Khi lĩnh vực cơ học dòng chảy phát triển thì các cánh quạt đã được chế
tạo đặc biệt để nâng cao hiệu năng của gió. Từ đó khái niệm về cối xoay gió dần chuyển thành
turbine gió dùng cho ngành cơng nghiệp điện gió.
Từ sau cuộc khủng hoảng năng lượng dầu mỏ trong thập niên 1970, việc nghiên cứu sản
xuất năng lượng từ các dạng nguồn năng lượng khác được đẩy mạnh trên tồn thế giới, trong
đó phát điện bằng sức gió được đặc biệt quan tâm. Năm 1999, hơn 10.000MW cơng suất điện
gió được lắp đặt trên toàn thế giới. Các quan điểm về năng lượng gió đã được nhiều quốc gia
đưa vào nghị trường. Năm 1999, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cơng bố "Gió tạo năng lượng cho
Mỹ" sáng kiến này đặt mục tiêu phát triển hơn 80.000MW từ năng lượng gió vào năm 2020,
tương ứng với khoảng 5% lượng điện năng tiêu thụ của Mỹ. Tháng 3 năm 2007 các nhà lãnh
đạo Châu Âu đã thơng qua mục tiêu tồn EU đến năm 2020, 20% nguồn năng lượng của châu
lục này là năng lượng tái tạo, bao gồm cả sinh khối, thủy điện, năng lượng mặt trời và năng
lượng gió. Để đáp ứng mục tiêu này các nhà lãnh đạo EU đã nhất trí thúc đẩy phát triển năng
lượng tái tạo, trong đó đặt ra các mục tiêu riêng cho mỗi quốc gia thành viên về phát triển
năng lượng gió.
Ở Việt Nam tốc độ tăng trưởng trung bình của sản lượng điện xét trong giai đoạn 2009 –
2010 đạt mức rất cao, khoảng 12,8 – 14,1%/năm [5, 20], tức là gần gấp đôi tốc độ tăng trưởng
GDP của nền kinh tế. Theo dự báo của Tập đoàn Điện lực Việt Nam, nếu tốc độ tăng trưởng
GDP trung bình tiếp tục được duy trì ở mức 7,1%/năm thì nhu cầu sử dụng điện sản xuất của
Việt Nam vào năm 2015 sẽ là khoảng 193.162GWh, vào năm 2020 là 327.472GWh. Trong khi
đó, ngay cả khi huy động tối đa các nguồn điện truyền thống thì sản lượng điện nước ta cũng
chỉ đạt mức tương ứng là 165.000GWh (năm 2015) và 208.000GWh (năm 2020). Điều này nói

lên, nền kinh tế sẽ bị thiếu hụt điện một cách nghiêm trọng có thể lên tới cỡ 20 – 30% mỗi
năm. Đứng trước thách thức thiếu hụt điện chung của tồn cầu, chính phủ đã đưa ra nhiều giải
pháp như: tăng giá điện; đảm bảo an ninh năng lượng bằng cách: mở rộng khai thác những
nguồn năng lượng truyền thống và phát triển các nguồn năng lượng mới, đặc biệt là các nguồn
năng lượng sạch và có khả năng tái tạo.


16
Theo số liệu nghiên cứu của Tổ chức phát triển năng lượng gió Châu Á [111], trên lãnh
thổ Việt Nam, các vùng giàu tiềm năng nhất để phát triển điện gió là: Sơn Hải (Ninh Thuận),
vùng đồi cát ở độ cao 60 – 100m phía tây Hàm Tiến đến Mũi Né (Bình Thuận) và khu vực
Bán đảo Phương Mai (Bình Định). Trong những tháng có gió mùa, tỷ lệ gió Nam và Đông
Nam lên đến 98% với vận tốc trung bình 6 – 7m/s, với vận tốc này có thể xây dựng các nhà
máy điện gió với cơng suất mỗi turbine gió từ 3 – 3,5MW. Mới đây AWS Truepower – Hoa
Kỳ đã công bố kết quả khảo sát tiềm năng năng lượng gió trên tồn lãnh thổ Việt Nam bằng
cách sử dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) và đã sàn lọc những vị trí để xác định các địa
điểm có tiềm năng lớn. Kết quả khảo sát khẳng định ở 142 vị trí có thể xây dựng nhà máy điện
gió quy mơ cơng nghiệp với tổng cơng suất vào khoảng 9000MW [6].
Nhiều dự án điện gió lớn trong tổng thể 41 dự án với mục tiêu hòa vào lưới điện quốc
gia đang được xúc tiến bao gồm:
- Dự án xây dựng Nhà máy điện gió Phương Mai 3, tại hai xã Cát Tiến và Cát Chánh
thuộc khu kinh tế Nhơn Hội, tỉnh Bình Định. Theo thiết kế, nhà máy có 14 turbine, tổng cơng
suất là 21MW, do Công ty Đầu tư và Phát triển Phong điện miền Trung làm chủ đầu tư.
- Dự án nhà máy điện gió Bạc Liêu do Cơng ty TNHH Xây dựng Thương mại Du lịch
Công Lý làm chủ đầu tư, tổng công suất 99MW được xây dựng tại khu vực ven biển thuộc ấp
Biển Đông A, xã Vĩnh Trạch Đông, thị xã Bạc Liêu, tỉnh Bạc Liêu. Dự án đã hoàn thành giai
đoạn một với 10 turbine gió, tổng cơng suất 16MW đã được nối lưới.
- Dự án nhà máy điện gió kết hợp với Diezel tại đảo Phú Quý với 3 turbine gió tổng
cơng suất 6MW đã được hồn thành và đang vận hành.
- Điển hình nhất là cơng ty Cổ phần năng lượng tái tạo Việt Nam – REVN, đã hoàn

thành và đấu nối với lưới điện 110kV giai đoạn 1 với 20 turbine gió tổng cơng suất 30MW
trong dự án tổng thể 120MW tại Tuy Phong – Bình Thuận.
Khi các nhà máy điện gió có cơng suất lớn đấu nối vào lưới điện nảy sinh ra nhiều vấn
đề cần quan tâm. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng máy phát điện gió hịa vào lưới điện có thể
làm tăng tần suất sự cố, ảnh hưởng đến vấn đề ổn định hệ thống và gây ra các vấn đề về chất
lượng điện năng...Ngồi ra, năng lượng gió là một thành phần thiết yếu tác động đến thị
trường điện.
Những ảnh hưởng khi đấu nối turbine gió vào lưới điện, liên quan đến nhiều vần đề,
trong đó có:


Trào lưu cơng suất trên lưới điện



Lượng cơng suất dự phịng để đảm bảo ổn định hệ thống



Ngắn mạch trên lưới điện


17


Ổn định của hệ thống điện



Hệ thống bảo vệ về cơ và điện



Chất lượng điện năng

Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu trên thế giới và trong nước về điện gió và ảnh hưởng
của điện gió đến hệ thống điện [8, 12, 13, 24, 26, 27, 30, 31, 34, 43, 53, 65 ÷ 67, 71, 81, 83 ÷
85, 103 ÷ 105, 107, 113, 115, 116]. Tuy nhiên vấn đề nghiên cứu lựa chọn các chế độ đặc
trưng, đánh giá ảnh hưởng của nhà máy điện gió đến thơng số vận hành của lưới điện địa
phương và độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện khi có sự tham gia của nguồn điện gió chưa
được quan tâm đúng mức. Chính vì vậy, luận án tập trung vào việc “nghiên cứu tác động của
nhà máy điện gió đến thơng số vận hành trong các chế độ xác lập đặc trưng của lưới điện
địa phương và ảnh hưởng của nhà máy điện gió đến độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện
lân cận điểm kết nối của nhà máy điện gió”.

2. Mục đích nghiên cứu
Hai mục đích chính:
- Phân tích và đánh giá tác động của nhà máy điện gió đến các thông số vận hành của
lưới điện trong các chế độ xác lập đặc trưng được lựa chọn.
- Xây dựng mơ hình xác suất đánh giá độ tin cậy cung cấp điện và khả năng cô lập (tách
đảo) một phần lưới điện địa phương có kết nối với nguồn điện gió khi hệ thống điện lớn bị sự
cố để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện khi có kết nối với nguồn điện gió.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu: Ảnh hưởng của nhà máy điện gió sử dụng máy phát cảm ứng
nguồn kép đến các thông số vận hành của lưới điện lân cận điểm kết nối. Nghiên cứu các chỉ
tiêu về độ tin cậy cung cấp điện, chủ yếu tập trung vào việc xây dựng mơ hình và xem xét sự
thay đổi kỳ vọng thiếu hụt công suất, thiếu hụt điện năng đối với nút phụ tải được khảo sát khi
có nhà máy điện gió hoạt động và giải pháp “tách đảo” để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
Phạm vi nghiên cứu: Sự thay đổi các thông số vận hành trong các chế độ xác lập đặc

trưng của lưới điện phân phối địa phương lân cận điểm kết nối với nguồn điện gió. Áp dụng
tính tốn thực tế tại lưới điện ở Tuy Phong – Bình Thuận nơi có nhà máy điện gió cơng suất
120MW kết nối với lưới điện 110kV.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Kết hợp nghiên cứu lý thuyết, xây dựng phương pháp, mơ hình nghiên cứu với việc thu
thập và xử lý số liệu thực tế của lưới điện và nhà máy điện gió để phục vụ các tính tốn minh
họa. Sử dụng phần mềm chun dụng PSS/E để khoanh vùng phạm vi ảnh hưởng của nhà máy


18
điện gió đến lưới điện và tính tốn các thơng số vận hành của lưới điện trong các chế độ đặc
trưng. Các số liệu được thu thập và cập nhật liên tục từ các nghiên cứu, các dự án điện gió đã
và đang thực hiện tại Việt Nam có đấu nối với lưới điện.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Đề xuất phương pháp xây dựng đặc tính phát và trao đổi cơng suất
giữa nhà máy điện gió với lưới điện theo thời gian ngày, tháng, năm trên cơ sở số liệu thống
kê quá trình vận hành của đối tượng nghiên cứu từ đó lựa chọn các ngày đặc trưng trong năm
để đánh giá tác động của nhà máy điện gió đến lưới điện lân cận điểm kết nối. Xây dựng mơ
hình xác suất để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện đối với nút phụ tải được khảo sát của lưới
điện phân phối khi đấu nối với các nguồn điện phân tán. Đề xuất giải pháp chia cắt (tách đảo)
một phần lưới điện có kết nối với nguồn điện phân tán để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện
cho các phụ tải quan trọng khi hệ thống điện lớn bị sự cố.
Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu, đề xuất các yêu cầu kỹ thuật đấu nối nhà máy điện gió
vào lưới điện Việt Nam nhằm đảm bảo các điều kiện vận hành và chất lượng điện năng cho hộ
tiêu thụ. Phân vùng và đánh giá tác động của nhà máy điện gió đến các thơng số vận hành của
lưới điện thực tế. Xử lý các số liệu thống kê thực tế để xác định thơng số về hỏng hóc của
turbine gió vận hành tại Việt Nam. Tính tốn kỳ vọng thiếu hụt điện năng đối với nút phụ tải
được khảo sát khi có sự tham gia của nguồn điện gió để thấy rõ tác động tăng cường độ tin cậy

cung cấp điện của lưới điện phân phối khi kết nối với các nguồn điện phân tán. Đề xuất giải
pháp cô lập (tách đảo) một phần lưới điện địa phương có kết nối với nguồn điện phân tán để
nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ quan trọng khi hệ thống điện lớn bị sự
cố.
Phương pháp nghiên cứu được tính tốn minh họa cho trường hợp nhà máy điện gió Tuy
Phong – Bình Thuận.

6. Bố cục của luận án
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tồn bộ nội dung của luận án được trình bày
trong 4 chương:
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Đấu nối nhà máy điện gió vào hệ thống điện
Chương 3. Mơ phỏng và đánh giá ảnh hưởng của nhà máy điện gió đến thông số vận
hành của lưới điện địa phương
Chương 4. Ảnh hưởng của nhà máy điện gió đến độ tin cậy cung cấp điện.


19

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
Trong phần Tổng quan này của Luận án sẽ đề cập đến những vấn đề chung liên quan đến
phát triển điện gió trên thế giới và ở Việt Nam. Tổng quan về từng nội dung nghiên cứu trong
luận án sẽ được giới thiệu ở đầu các chương tương ứng.

1.1 Năng lƣợng gió, nguồn năng lƣợng của tƣơng lai
Lịch sử thế giới cho thấy, sự phát triển kinh tế tồn cầu ln liên quan chặt chẽ với sự
gia tăng sử dụng năng lượng và phát thải của khí nhà kính GHG. Trong nhiều thập kỷ qua, các
nhà khoa học đã có những nỗ lực to lớn để giải quyết nhu cầu năng lượng ngày càng cao trên
toàn thế giới và giảm thiểu phát thải GHG. Theo thông báo của Cơ quan Năng lượng quốc tế

(EIA), trong khoảng từ năm 2010 đến 2040 mức tiêu thụ năng lượng thế giới dự kiến tăng
56%. Năng lượng tiêu thụ năm 2010 khoảng 524.1015Btu, đến năm 2020 dự kiến khoảng
630.1015Btu và năm 2040 khoảng 820.1015Btu [61]. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng,
EIA dự báo việc sử dụng than sẽ tăng mạnh trong vòng 20 năm tới cũng như sự phát triển các
nguồn năng lượng tái tạo sẽ là một trong những giải pháp hữu hiệu để giải quyết các nhu cầu
về năng lượng. Hình 1.1 biểu diễn xu hướng tiêu thụ các dạng năng lượng trên thế giới.

Hình 1.1 Xu hướng tiêu thụ năng lượng toàn cầu từ 1990 đến 2040 [56, 61]
Cũng cần lưu ý rằng, việc cung cấp các dịch vụ năng lượng đã góp phần đáng kể vào sự
gia tăng nồng độ GHG trong khí quyển. Theo [96, 101] "Hầu hết các gia tăng về nhiệt độ trung
bình toàn cầu kể từ giữa thế kỷ 20 liên quan chặt chẽ với sự gia tăng về nồng độ GHG do con
người tạo ra".


20
Các khảo sát gần đây đã chứng minh cho kết luận này, trong đó việc tiêu thụ nhiên liệu
hóa thạch do con người sử dụng chiếm phần lớn sự phát thải GHG. Sự phát thải GHG tiếp tục
gia tăng trong những năm gần đây và nồng độ CO2 đã tăng từ hơn 31,2 tỉ tấn năm 2010 tới
36,4 tỉ tấn năm 2020 và 45,5 tỉ tấn năm 2040 [61]. Có nhiều lựa chọn cho việc giảm phát thải
GHG từ các hệ thống năng lượng trong khi vẫn đáp ứng đủ nhu cầu năng lượng toàn cầu. Một
trong số các lựa chọn có thể là năng lượng tái tạo, năng lượng hạt nhân, sự thu giữ các bon
(Carbon Capture and Storage – CCS) như đã được đánh giá trong [101].
Năng lượng tái tạo, ngoài tiềm năng to lớn để giảm thiểu sự biến đổi khí hậu cịn có thể
cung cấp cho con người những tiện ích hữu dụng khác. Năng lượng tái tạo có thể, nếu được
thực hiện đúng cách, sẽ góp phần phát triển kinh tế xã hội, mở rộng khả năng tiếp cận năng
lượng vì là nguồn cung cấp an toàn và giảm các tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe.
Việc tăng tỷ trọng sử dụng năng lượng tái tạo trong tổ hợp năng lượng sẽ địi hỏi phải có
những chính sách để kích thích sự thay đổi trong hệ thống năng lượng. Quá trình triển khai các
công nghệ năng lượng tái tạo đã tăng lên nhanh chóng trong những năm gần đây. Vì thế cần
phải có các chính sách bổ sung để thu hút đầu tư công nghệ và cơ sở hạ tầng. Trong số các

nguồn năng lượng tái tạo (thủy điện, năng lượng sinh khối, năng lượng gió và năng lượng mặt
trời) thì năng lượng gió là lĩnh vực phát triển nhanh hơn cả với tốc độ tăng trưởng bình quân
hàng năm khoảng 60% trong những năm gần đây [44, 48, 62]. Hình 1.2.

Hình 1.2 Công suất các nguồn năng lượng tái tạo trong những năm gần đây: (1) Thủy điện,
(2) Năng lượng gió, (3) Năng lượng sinh khối, (4) Năng lượng mặt trời, (5) Năng lượng địa
nhiệt [44]


21
Trong những năm gần đây, ở nước ta năng lượng tái tạo cũng nhận được sự quan tâm to
lớn của Đảng và Nhà nước. Phó thủ tướng Hồng Trung Hải đã khẳng định: “Năng lượng hiện
nay đã trở thành vấn đề thời sự, là yếu tố quan trọng quyết định đến sự ổn định và phát triển
kinh tế – xã hội của quốc gia. Trước dự báo đến năm 2015 nước ta sẽ bắt đầu phải nhập khẩu
năng lượng thì bài toán năng lượng càng trở nên quan trọng và cấp bách hơn bao giờ
hết....Việc phát triển nguồn năng lượng mới, trong đó có điện gió khi năng lượng hóa thạch
đang dần cạn kiệt là mục tiêu quan trọng...” và “việc phát triển điện gió ở Việt Nam sẽ góp
phần hoàn thành mục tiêu sử dụng năng lượng tái tạo trong chương trình điện khí hóa nơng
thơn của Chính phủ và đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia”.
Tóm lại, năng lượng gió đã và đang dần trở thành nguồn năng lượng sạch vô cùng quan
trọng trên thế giới. Với các tiến bộ vượt bậc trong công nghệ, hiện nay các nhà sản xuất đã chế
tạo được loại turbine gió có cơng suất ngày càng cao với giá thành giảm dần, đặc tính kinh tế
kỹ thuật ngày càng tốt hơn có thể cạnh tranh được với nguồn năng lượng truyền thống, hứa
hẹn đem lại sự phát triển nhanh hơn cho ngành công nghiệp này trong tương lai.

1.2 Hiện trạng phát triển năng lƣợng gió trên thế giới
Thị trường điện gió tồn cầu đã và đang được phát triển nhanh chóng hơn tất cả các dạng
năng lượng khác dùng để phát điện. Tổng cơng suất đặt của điện gió tồn thế giới vào năm
2005 khoảng 59063MW và cho đến cuối năm 2012 đã tăng gấp hơn 4 lần đạt 282410MW [5,
59], q trình phát triển này được mơ tả trên Hình 1.3.

Tổng công suất

Tăng trưởng
282410

300000
237029

Công suất (MW)

250000
194559

200000
157910
150000
100000

121247
93959
74175

59063
47662
45381
36664 36649 42471
50000 31184 39333
27289
19784
6866 8150 8330 11401 15112

0
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Năm

Hình 1.3 Biểu đồ tăng trưởng cơng suất điện gió trên tồn thế giới
Năng lượng gió hiện tại được sử dụng để phát điện ở hơn 50 nước trên thế giới. Trong số
này quốc gia có tổng cơng suất lắp đặt điện gió trong năm 2011 lớn nhất là Trung Quốc
(75324MW), xếp sau là Mỹ (60007MW), Đức (31307MW), Tây Ban Nha (22796MW), Ấn
Độ (18421MW), Vương quốc Anh (8445MW), Ý (8124MW), Pháp (7473MW)...Một số quốc


22
gia khác bao gồm, Bồ Đào Nha, Đan Mạch cũng đạt ngưỡng trên 4000MW cơng suất điện gió
đã được lắp đặt [5, 59]. (Hình 1.4).
80000

75324

Cơng suất lắp đặt (MW)

70000
60007
60000
50000
40000
31307
30000

22796
18421

20000

8445

10000

8124

7473

6000

4525

0

Quốc gia

Hình 1.4 Xếp hạng 10 quốc gia có cơng suất lắp đặt điện gió cao nhất thế giới
Thống kê năm 2011 cho thấy nhà chế tạo Vestas (Đan Mạch) dẫn đầu trong việc cung
cấp thiết bị sử dụng năng lượng gió trên toàn thế giới, tổng số turbine bán ra là: 5842 bộ. Tuy
nhiên theo quốc gia thì các nhà sản xuất Trung Quốc bao gồm các hãng như: Sinovel;
Goldwind; Dongfang; United Power cộng lại có số lượng bán ra đứng đầu thế giới (12047 bộ).
Thị phần của các nhà cung cấp thiết bị năng lượng gió giới thiệu trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1 Thị phần của các hãng cung cấp thiết bị năng lượng gió
Vestas

Sinovel

GE

Goldwind

Enercon

5842

4386

3796

3740

2846

14.8%

11.1 %

9.6 %

9.5 %

7.2 %

Suzlon

Dongfang

Gamesa

Siemens

United Power

2736

2624

2587

2325

1297

6.9 %

6.7%

6.6 %

5.9 %

4.2 %

1.3 Những thành tựu khoa học công nghệ trong lĩnh vực điện gió
1.3.1 Lịch sử phát triển của turbine gió
Các kiểu thiết kế khác nhau của turbine gió được phân thành hai loại cơ bản: turbine gió
trục ngang (HAWT) và turbine gió trục đứng (VAWT) [34, 110]. (Hình 1.5).