Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nối nguồn điện gió vào lưới truyền tải

Nghiên cứu giải quyết các vấn đề kỹ thuật khi tích hợp điện gió vào lưới truyền tải. Giải pháp tối ưu, ổn định và hiệu quả cho năng lượng tái tạo.

• Tác giả: Hoàng Bảo An
• Người hướng dẫn: PGS. Võ Quang Lạp
• Trường học: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện
• Đề tài: Nghiên cứu giải quyết vấn đề kỹ thuật khi nối nguồn điện gió vào đường dây truyền tải
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Điện gió nối lưới Tiềm năng và vai trò trong an ninh năng lượng

Điện gió đang nổi lên như một trụ cột quan trọng trong chiến lược phát triển năng lượng tái tạo toàn cầu và tại Việt Nam. Với đường bờ biển dài và tiềm năng gió dồi dào, Việt Nam có cơ hội lớn để khai thác nguồn năng lượng sạch này, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính. Việc tích hợp điện gió vào lưới điện quốc gia không chỉ đa dạng hóa nguồn cung mà còn thúc đẩy sự phát triển của công nghệ và công nghiệp phụ trợ. Tuy nhiên, để khai thác hiệu quả, các giải pháp kỹ thuật nối lưới cần được nghiên cứu và áp dụng một cách đồng bộ. Quá trình này đòi hỏi sự tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn kỹ thuật điện và quy định vận hành để đảm bảo hệ thống điện hoạt động ổn định và an toàn. Luận văn của tác giả Hoàng Bảo An đã chỉ ra rằng, việc giải quyết các thách thức kỹ thuật trong quá trình hòa lưới điện gió là yếu-tố-then-chốt quyết định sự thành công của các dự án. Các trang trại điện gió, đặc biệt là điện gió ngoài khơi (offshore wind), yêu cầu những công nghệ phức tạp hơn từ khâu thiết kế tuabin gió đến hệ thống truyền tải và điều khiển. Do đó, việc nắm vững các giải pháp kỹ thuật là nền tảng để tối ưu hóa hiệu quả vận hành và hiệu quả kinh tế dự án điện gió.

1.1. Khái quát xu hướng phát triển năng lượng tái tạo tại Việt Nam

Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất khu vực Đông Nam Á, với tổng công suất ước đạt 513.360 MW, theo đánh giá của Ngân hàng Thế giới. Đây là một lợi thế vượt trội để phát triển năng lượng tái tạo. Chính phủ đã đặt ra các mục tiêu tham vọng, hướng tới việc đưa công suất điện gió đạt 6.000 MW vào năm 2030, chiếm khoảng 2,1% tổng sản lượng điện. Các dự án trang trại điện gió đã và đang được triển khai mạnh mẽ, đặc biệt tại các tỉnh duyên hải Nam Trung Bộ và Tây Nam Bộ. Sự phát triển này không chỉ giúp giảm phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch mà còn tạo ra nhiều việc làm và thúc đẩy chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hướng bền vững.

1.2. Tầm quan trọng của việc tích hợp điện gió vào lưới điện quốc gia

Việc tích hợp điện gió vào lưới điện quốc gia đóng vai trò chiến lược. Nó giúp tăng cường độ tin cậy cung cấp điện, giảm áp lực cho các nguồn điện truyền thống trong giờ cao điểm và góp phần ổn định hệ thống năng lượng. Một hệ thống điện có tỷ trọng năng lượng tái tạo cao sẽ linh hoạt và bền vững hơn trước các biến động về giá nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, quá trình tích hợp cũng đặt ra yêu cầu cao về quản lý và vận hành, đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà máy điện gió và trung tâm điều độ hệ thống điện để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

II. Top 5 thách thức kỹ thuật khi hòa lưới điện gió vào hệ thống

Việc hòa lưới điện gió mang lại nhiều lợi ích nhưng cũng đi kèm với không ít thách thức kỹ thuật. Do đặc tính không ổn định và phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên, công suất từ các tuabin gió thường xuyên biến đổi, gây ra những ảnh hưởng tiêu cực đến hệ thống điện. Thách thức lớn nhất là duy trì ổn định lưới điện. Sự biến thiên công suất đột ngột có thể gây ra dao động điện áp và tần số, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng. Luận văn “Nghiên cứu giải quyết vấn đề kỹ thuật khi nối nguồn điện gió vào đường dây truyền tải” nhấn mạnh rằng, nếu không có biện pháp kiểm soát phù hợp, các sự cố như sụt áp, quá áp hoặc sóng hài có thể xảy ra, gây hại cho thiết bị của người tiêu dùng và chính hệ thống lưới. Hơn nữa, dòng sự cố trong lưới cũng thay đổi khi có sự tham gia của nguồn điện gió, đòi hỏi phải tính toán và hiệu chỉnh lại các thiết bị bảo vệ. Các quy định nối lưới (Grid Code) ngày càng trở nên khắt khe hơn, yêu cầu các trang trại điện gió phải có khả năng hỗ trợ lưới khi có sự cố, thay vì chỉ đơn thuần là phát điện. Điều này đặt ra bài toán phức tạp về công nghệ điều khiển và phối hợp vận hành.

2.1. Vấn đề ổn định lưới điện và suy giảm chất lượng điện năng

Tính bất định của gió là nguyên nhân chính gây ra các vấn đề về ổn định lưới điện. Sự thay đổi nhanh chóng của công suất phát ra từ tuabin gió dẫn đến hiện tượng nhấp nháy (flicker) và biến động điện áp. Bên cạnh đó, các bộ biến tần (inverter) được sử dụng trong hệ thống điện gió hiện đại có thể phát sinh sóng hài vào lưới, làm méo dạng sóng điện áp và ảnh hưởng đến chất lượng điện năng. Việc giảm thiểu dao động công suất và lọc sóng hài là những yêu cầu kỹ thuật bắt buộc để đảm bảo hệ thống vận hành an toàn.

2.2. Ảnh hưởng của dao động công suất đến điều độ hệ thống điện

Dao động công suất từ điện gió đặt ra thách thức lớn cho công tác điều độ hệ thống điện. Các nhà vận hành phải liên tục huy động các nguồn điện dự phòng linh hoạt khác để bù đắp sự thiếu hụt hoặc hấp thụ lượng công suất dư thừa. Điều này đòi hỏi phải có hệ thống dự báo công suất gió chính xác và các công cụ hỗ trợ ra quyết định hiện đại. Nếu không dự báo tốt, hệ thống có thể đối mặt với nguy cơ mất cân bằng cung-cầu, dẫn đến mất ổn định tần số và thậm chí là rã lưới.

2.3. Yêu cầu khắt khe từ các quy định nối lưới Grid Code

Các quy định nối lưới (Grid Code) là bộ tiêu chuẩn kỹ thuật điện mà các nhà máy điện gió phải tuân thủ khi kết nối vào hệ thống. Các quy định này ngày càng yêu cầu cao hơn về khả năng điều khiển công suất phản kháng, khả năng duy trì vận hành khi có sụt áp thoáng qua (Low Voltage Ride Through - LVRT) và khả năng tham gia điều chỉnh tần số. Việc đáp ứng các yêu cầu này đòi hỏi các nhà đầu tư phải lựa chọn công nghệ điện gió tiên tiến và có hệ thống điều khiển thông minh, phức tạp.

III. Phương pháp điều khiển DFIG Chìa khóa cho nối lưới điện gió

Một trong những giải pháp kỹ thuật hiệu quả nhất để giải quyết các thách thức khi hòa lưới điện gió là sử dụng Máy phát điện không đồng bộ nguồn kép (Doubly Fed Induction Generator - DFIG). Công nghệ này cho phép điều khiển linh hoạt và độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì ổn định lưới điện. Luận văn của Hoàng Bảo An đã tập trung nghiên cứu sâu về mô hình và hệ điều khiển vector cho máy phát DFIG. Cấu trúc DFIG cho phép bộ biến tần chỉ cần xử lý khoảng 25-30% tổng công suất của máy phát, giúp giảm chi phí và tổn thất điện năng. Thông qua việc điều khiển dòng điện rotor, hệ thống có thể nhanh chóng điều chỉnh lượng công suất phát lên lưới, giúp giảm thiểu dao động công suất do gió thay đổi. Đồng thời, khả năng điều khiển công suất phản kháng giúp DFIG hỗ trợ điều chỉnh điện áp tại điểm nối lưới, cải thiện đáng kể chất lượng điện năng. Kỹ thuật điều khiển vector không gian (Space Vector Control) là cốt lõi, cho phép biến đổi và điều khiển chính xác các thành phần dòng điện, từ đó đạt được hiệu suất vận hành tối ưu cho tuabin gió.

3.1. Nguyên lý hoạt động của máy phát DFIG trong trang trại điện gió

DFIG là loại máy phát điện cảm ứng có cuộn dây Stator nối trực tiếp với lưới, trong khi cuộn dây Rotor được kết nối với lưới thông qua một cặp bộ biến tần (inverter) back-to-back. Cấu trúc này cho phép máy phát hoạt động ở một dải tốc độ thay đổi (thường là ±30% tốc độ đồng bộ). Nhờ đó, tuabin gió có thể tối ưu hóa việc khai thác năng lượng ở các tốc độ gió khác nhau, nâng cao hiệu suất tổng thể của trang trại điện gió.

3.2. Kỹ thuật điều khiển vector cho công suất tác dụng và phản kháng

Kỹ thuật điều khiển vector cho phép tách riêng và điều khiển độc lập dòng điện rotor theo hai thành phần: thành phần đồng pha với từ thông (điều khiển công suất phản kháng) và thành phần vuông góc với từ thông (điều khiển công suất tác dụng). Bằng cách điều chỉnh giá trị đặt cho hai thành phần này, hệ thống điều khiển có thể đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu từ trung tâm điều độ hệ thống điện, góp phần duy trì ổn định lưới điện và tuân thủ các quy định nối lưới.

IV. Hướng dẫn tích hợp BESS và Lưới điện thông minh Smart Grid

Bên cạnh các giải pháp điều khiển máy phát, việc tích hợp các công nghệ phụ trợ là yếu tố sống còn để đảm bảo việc tích hợp điện gió vào lưới điện một cách hiệu quả và quy mô lớn. Hai công nghệ nổi bật nhất hiện nay là hệ thống lưu trữ năng lượng (BESS) bằng pin và Lưới điện thông minh (Smart Grid). BESS đóng vai trò như một bộ đệm năng lượng, có khả năng sạc khi công suất gió cao và phụ tải thấp, và xả để cung cấp điện khi gió yếu và nhu cầu cao. Điều này giúp làm phẳng đường cong công suất phát, giảm thiểu dao động công suất và tăng cường khả năng dự báo. Trong khi đó, Lưới điện thông minh (Smart Grid) cung cấp một nền tảng hạ tầng truyền thông và điều khiển hai chiều. Nó cho phép thu thập dữ liệu thời gian thực từ các tuabin gió, phụ tải, và các thiết bị trên lưới. Dữ liệu này, được quản lý bởi hệ thống SCADA tiên tiến, giúp tối ưu hóa việc điều độ hệ thống điện, phát hiện sớm sự cố và tự động hóa quá trình vận hành, nâng cao độ tin cậy và hiệu quả của toàn bộ hệ thống năng lượng tái tạo.

4.1. Vai trò của hệ thống lưu trữ năng lượng BESS trong việc ổn định lưới

Một hệ thống lưu trữ năng lượng (BESS) khi kết hợp với trang trại điện gió mang lại nhiều lợi ích. Nó không chỉ giúp giảm thiểu dao động công suất mà còn cung cấp các dịch vụ phụ trợ quan trọng như điều chỉnh tần số và dự phòng quay. Khi có sự cố đột ngột trên lưới, BESS có thể phản ứng trong mili giây để bơm công suất vào hệ thống, giúp duy trì ổn định lưới điện. Sự kết hợp này biến nguồn điện gió từ một nguồn không ổn định thành một nguồn điện có thể điều độ được.

4.2. Ứng dụng Lưới điện thông minh Smart Grid và hệ thống SCADA

Lưới điện thông minh (Smart Grid) là một cuộc cách mạng trong vận hành hệ thống điện. Bằng cách tích hợp công nghệ thông tin, Smart Grid cho phép giám sát và điều khiển lưới điện một cách toàn diện. Hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) là trái tim của Smart Grid, thu thập dữ liệu từ hàng ngàn cảm biến và thiết bị, cho phép nhà vận hành có cái nhìn tổng quan và đưa ra quyết định chính xác. Đối với điện gió, SCADA giúp giám sát tình trạng của từng tuabin gió, tối ưu hóa hướng và góc quay của cánh quạt, và thực hiện dự báo công suất gió ngắn hạn.

V. Đánh giá hiệu quả kinh tế dự án điện gió và ứng dụng thực tiễn

Giải pháp kỹ thuật hiệu quả là nền tảng để đảm bảo hiệu quả kinh tế dự án điện gió. Việc lựa chọn đúng công nghệ điện gió, áp dụng các phương pháp điều khiển tiên tiến và tích hợp công nghệ phụ trợ sẽ giúp tối đa hóa sản lượng điện, giảm chi phí vận hành và bảo dưỡng, từ đó rút ngắn thời gian hoàn vốn. Các phân tích mô phỏng, như được trình bày trong luận văn, cho thấy hệ thống sử dụng DFIG có khả năng đáp ứng tốt các yêu cầu nối lưới, giúp nhà máy vận hành ổn định và đạt hiệu suất cao. Trên thực tế, nhiều trang trại điện gió tại Việt Nam đã chứng minh được hiệu quả. Các dự án này không chỉ đóng góp sản lượng điện sạch vào hệ thống mà còn tạo động lực phát triển kinh tế-xã hội tại địa phương. Đặc biệt, các dự án điện gió ngoài khơi (offshore wind), dù có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn, nhưng hứa hẹn mang lại công suất lớn và ổn định hơn so với điện gió trên bờ, mở ra một chương mới cho ngành năng lượng tái tạo của Việt Nam. Sự thành công của các dự án này phụ thuộc rất lớn vào việc tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật điện và khả năng làm chủ công nghệ.

5.1. Phân tích kết quả mô phỏng hệ thống nối lưới từ nghiên cứu

Kết quả mô phỏng trong luận văn của Hoàng Bảo An cho thấy hệ thống điều khiển vector cho máy phát DFIG có thể duy trì công suất tác dụng và phản kháng bám theo giá trị đặt một cách chính xác, ngay cả khi tốc độ gió thay đổi. Đáp ứng của hệ thống khi hòa lưới diễn ra êm dịu, không gây ra các sốc điện áp lớn. Những kết quả này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của giải pháp kỹ thuật được đề xuất, cung cấp cơ sở khoa học tin cậy cho việc triển khai các dự án hòa lưới điện gió trong thực tế.

5.2. Các dự án điện gió ngoài khơi offshore wind tiêu biểu tại Việt Nam

Việt Nam đang chứng kiến sự trỗi dậy của các dự án điện gió ngoài khơi (offshore wind) quy mô lớn. Các dự án như trang trại điện gió Bạc Liêu, Trà Vinh, và các dự án đang được quy hoạch tại Bình Thuận, Ninh Thuận là minh chứng rõ ràng. Các dự án này tận dụng nguồn gió ổn định và mạnh hơn ở ngoài khơi, sử dụng các tuabin gió công suất lớn. Việc kết nối các trang trại này vào bờ thông qua các trạm biến áp và đường dây truyền tải cao áp là một bài toán kỹ thuật phức tạp, đòi hỏi sự đầu tư lớn và công nghệ hiện đại để đảm bảo ổn định lưới điện.

VI. Tương lai ngành điện gió Xu hướng công nghệ và chính sách mới

Tương lai của ngành điện gió gắn liền với sự phát triển không ngừng của công nghệ và sự hỗ trợ từ chính sách. Các công nghệ điện gió thế hệ mới đang hướng tới các tuabin gió có công suất lớn hơn, hiệu suất cao hơn và chi phí thấp hơn. Các bộ biến tần (inverter) thông minh hơn sẽ tích hợp các thuật toán điều khiển tiên tiến, giúp nhà máy điện gió tham gia sâu hơn vào việc hỗ trợ lưới. Trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning) sẽ được ứng dụng rộng rãi trong việc dự báo công suất gió, tối ưu hóa vận hành và bảo trì dự báo. Bên cạnh đó, các công nghệ như Lưới điện thông minh (Smart Grid) và hệ thống lưu trữ năng lượng (BESS) sẽ trở thành một phần không thể thiếu của hệ thống điện. Để thúc đẩy xu hướng này, các chính sách hỗ trợ từ chính phủ, bao gồm cơ chế giá điện hấp dẫn, đơn giản hóa thủ tục đầu tư và ban hành các quy định nối lưới rõ ràng, sẽ là đòn bẩy quan trọng, mở ra kỷ nguyên phát triển mạnh mẽ cho năng lượng tái tạo tại Việt Nam.

6.1. Xu hướng phát triển công nghệ tuabin gió và bộ biến tần

Công nghệ tuabin gió đang phát triển theo hướng tăng kích thước rotor và chiều cao cột tháp để khai thác nguồn gió ở tầng cao hơn, ổn định hơn. Các vật liệu mới nhẹ và bền hơn đang được nghiên cứu để chế tạo cánh quạt. Song song đó, bộ biến tần thế hệ mới sẽ có khả năng tạo lưới (grid-forming), cho phép chúng hoạt động như một nguồn điện độc lập, giúp tăng cường khả năng phục hồi của hệ thống sau sự cố, góp phần vào việc đảm bảo ổn định lưới điện một cách chủ động.

6.2. Thách thức và cơ hội cho năng lượng tái tạo trong tương lai

Thách thức lớn nhất đối với năng lượng tái tạo vẫn là tính không liên tục và chi phí tích hợp vào lưới điện. Tuy nhiên, đây cũng chính là cơ hội để phát triển các công nghệ mới như lưu trữ năng lượng, quản lý phía phụ tải và lưới điện thông minh. Quá trình chuyển dịch năng lượng toàn cầu tạo ra một thị trường rộng lớn cho các sản phẩm và dịch vụ liên quan đến công nghệ điện gió, mở ra cơ hội lớn cho các doanh nghiệp và các nhà khoa học Việt Nam tham gia vào chuỗi giá trị toàn cầu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Xuất phát từ thực tiễn nước ta là nước có chiều dài bờ biển lớn dài khoảng 3.260 km, có nhiều hải đảo, lưu lượng gió thổi từ biển vào đất liền lớn, do đó tiềm năng về năng lượng gió ở nước ta là rất lớn, vì vậy phải tiến hành các nghiên cứu ứng dụng nhằm khai thác triệt để nguồn năng lượng tái tạo từ gió. Một trong những tiêu chuẩn được quan tâm hàng đầu cho sự phát triển bền vững hệ thống năng lượng là bảo vệ môi trường. Trước đây con người sử dụng các dạng năng lượng truyền thống đã để lại nhiều hậu quả tác động xấu đến môi trường từ khâu khai thác, vận chuyển đến sử dụng. Đứng trước tình hình này, cần thiết phải có những nguồn năng lượng khác thay thế cho các nhà máy điện truyền thống.

Hiện nay ở nước ta các nguồn điện phân tán đang phát triển mạnh mẽ như nguồn điện gió (DG), pin mặt trời, thủy điện nhỏ,… trong đó đã có số lượng lớn các nguồn đã đi vào vận hành. Tuy nhiên qua thực tế việc giải quyết các vấn đề kỹ thuật liên quan đến ghép nối DG với đường dây truyền tải gặp nhiều khó khăn: - Còn thiếu các tiêu chí về kỹ thuật phù hợp để đánh giá một cách đầy đủ vai trò và ảnh hưởng của DG đến đường dây truyền tải - Khi DG vận hành cùng đường dây truyền tải sẽ làm ảnh hưởng đến cấu trúc truyền thống của đường dây truyền tải. Nếu không có biện pháp phù hợp thì có thể sẽ làm gia tăng tổn thất công suất trong đường dây truyền tải, vì vậy việc khai thác tối đa công suất của nguồn cũng là một vấn đề cần xét đến. - Vấn đề nối DG với đường dây truyền tải một cách an toàn cũng cần phải xét đến.

- Với sự đa dạng của công nghệ và sự phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên của chúng, cần đặt ra nhiều vấn đề kỹ thuật phải quan tâm nghiên cứu như: ảnh hưởng của DG đến các chỉ tiêu công suất, các vấn đề về điện áp, các dòng điện sự cố và cách -4- bảo vệ, độ tin cậy cung cấp điện cũng như là những vấn đề liên quan đến việc khai thác tối đa công suất của nguồn và điều khiển DG khi ghép nối với đường dây truyền tải. Đề tài: “Nghiên cứu giải quyết vấn đề kỹ thuật khi nối DG vào đường dây truyền tải” được chọn nhằm nghiên cứu giải quyết các vấn đề trên. Năng lượng gió Để tồn tại và phát triển từ xa xưa loài người đã biết sử dụng các dạng năng lượng khác nhau. Theo sự phát triển của lịch sử, con người đã phát hiện và sử dụng nhiều năng lượng.

Năng lượng là động lực cho mọi hoạt động vật chất và tinh thần của loài người. Trình độ sản xuất càng cao thì càng tiêu tốn nhiều năng lượng và tạo ra thách thức vô cùng to lớn đối với môi trường sống. Một trong những tiêu chuẩn được quan tâm hàng đầu cho sự phát triển bền vững hệ thống năng lượng là bảo vệ môi trường. Trước đây con người sử dụng các dạng năng lượng truyền thống đã để lại nhiều hậu quả tác động xấu đến môi trường.

Từ khâu khai thác, vận chuyển đến sử dụng. Đứng trước tình hình này, cần thiết phải có những nguồn năng lượng khác thay thế cho các nhà máy điện truyền thống. Năng lượng tái tạo đã trở thành một trong những nguồn năng lượng độc lập trong đời sống của con người và nó sẽ là nguồn phát điện chính trong tương lai. Hiện nay ở nước ta các nguồn điện phân tán đang phát triển mạnh mẽ như DG, pin mặt trời, thủy điện nhỏ,… trong đó đã có số lượng lớn các nguồn đã đi vào vận hành.

Gió là một dạng năng lượng của mặt trời, nguyên nhân sinh ra gió là do mặt trời đốt nóng khí quyển, do trái đất quay quanh mặt trời và do sự không đồng đều trên bề mặt trái đất. Luồng gió thay đổi tùy thuộc vào địa hình trái đất, luồng nước, cây cối, con người sử dụng luồng gió hoặc sự chuyển động năng lượng cho nhiều mục đích khác nhau như: di chuyển, thả diều, phát điện. Năng lượng gió được mô tả như một quá trình, nó được sử dụng để phát ra năng lượng cơ hoặc điện. Năng lượng gió trên thế giới Việc nghiên cứu sử dụng các dạng năng lượng tái tạo của thiên nhiên trong đó có năng lượng gió được nhiều nước trên thế giới kể cả những nước có nền công nghiệp -5- năng lượng phát triển nhất như: Nga, Mỹ, Pháp, CHLB Đức, Hà Lan, Anh, Đan Mạch, Tây Ba Nha, Thụy Điển,.

đặc biệt quan tâm. Trên cơ sở áp dụng các thành tựu mới của nhiều ngành khoa học tiên tiến như thủy khí động lực học, tự động điều khiển, cơ học kết cấu, truyền động thủy lực, vật liệu mới,. Việc nghiên cứu sử dụng năng lượng gió đã đạt được những tiến bộ rất lớn về cả chất lượng các thiết bị cũng như quy mô ứng dụng. Từ các cối xay gió với các cánh gió đơn giản hiệu suất sử dụng thấp chỉ khoảng 20%, đến nay các động cơ gió phát điện với cánh quạt có biên dạng khí động học ngày một hoàn thiện hơn và có thể đạt được hiệu suất sử dụng cao lên đến 42%.

Nhiều phương pháp và hệ thống tự động điều khiển hiện đại đã được sử dụng để ổn đinh số vòng quay của động cơ gió. Những động cơ gió phát điện lớn còn dùng cả hệ thống tự động điện thủy lực và máy tính điện tử điều khiển. Nhiều vật liệu mới đã được sử dụng để chế tạo cánh như hợp kim nhôm, polime cốt sợi thủy tinh với độ bền cao trong mọi điều kiện thời tiết, chịu được sức gió của bão. Tại những nơi có gió tốt, người ta ghép nhiều động cơ gió với nhau tạo thành “rừng máy phát điện gió”.

Người ta có thể chế tạo những động cơ gió phát điện rất lớn đường kính lên đến 80m, công suất tới 3000kW. Tuy nhiên đối với mỗi được quy mô phát triển của việc ứng dụng năng lượng gió còn phụ thuộc vào vị trí địa lý, đặc điểm tiềm năng gió và trình độ phát triển của công nghiệp. Dung lượng lắp đặt turbine gió trên toàn cầu tăng khoảng 25% mỗi năm.1: Dự báo tăng trưởng điện gió trên biển và đất liền đến năm 2030 -6- Tỷ trọng công suất điện gió mới nhất toàn cầu hiện chiếm 9% trong tổng các nguồn điện hiện có. Theo dự báo của Hội đồng điện gió toàn cầu (GWEC), đến 2030 điện gió có thể đạt mốc 2.110 GW tương ứng với 20% nguồn cung điện của thế giới.

Trong bối cảnh đó, các quốc gia đều có tham vọng tham gia phát triển sản xuất turbine gió nội địa. Trước hết vì đây là ngành công nghệ cao có giá trị gia tăng lớn. Bên cạnh đó, đây còn là ngành công nghiệp tạo nhiều việc làm, vì một chiếc tua bin gió thông thường bao gồm 8.000 chi tiết có liên quan đến rất nhiều ngành sản xuất phụ trợ khác nhau. Top các quốc gia dẫn đầu về điện gió đã chiếm khoảng 80% công suất điện gió toàn cầu.

Tại các quốc gia thì tỷ trọng năng lượng gió đứng đầu là Trung Quốc (chiếm 34%), Mỹ (17%), Đức (10%), sau đó đến Ấn Độ (6%), Tây Ban Nha (5%), Vương quốc Anh, Canada (3%), còn Pháp, Italia, Brazil (2%), Thụy điển, Đan Mạch, Thổ Nhĩ kỳ, Ba Lan (1%).2: Tỷ trọng Công suất điện gió toàn cầu tính đến hết năm 2015 I. Năng lượng gió ở Việt Nam Trong các nguồn năng lượng thay thế, năng lượng gió có thể đại diện cho cơ hội tăng trưởng mạnh nhất của Việt Nam. Các cuộc khảo sát cho thấy rằng khoảng 85% đất đai Việt Nam có độ cao và tốc độ gió trung bình phù hợp để phát ra năng lượng gió. Nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam có -7- một thuận lợi cơ bản để phát triển năng lượng gió.

So sánh tốc độ gió trung bình trong vùng biển Đông Việt Nam và các vùng biển lân cận cho thấy gió tại biển Đông khá mạnh và thay đổi theo mùa. Trong chương trình đánh giá về năng lượng điện cho châu Á, Ngân hàng Thế giới đã có một khảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực Đông Nam Á, trong đó Việt Nam là nước có tiềm năng gió lớn nhất khu vực Đông Nam Á với tổng tiềm năng điện gió ước đạt 513.360 MW tức bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020. Với tiềm năng như vậy, Việt Nam cũng theo đuổi mục tiêu phát triển điện gió như một thành phần quan trọng trong cơ cấu năng lượng tương lai. mục tiêu đối với điện gió là đạt mức 800 MW năm 2020; 2000 MW năm 2025 và khoảng 6000 MW năm 2030.

Theo đó, điện năng sản xuất từ DG sẽ chiếm tỷ trọng khoảng 0,8% năm 2020, 1% năm 2025 và 2,1% năm 2030. Trên thực tế, tổng công suất các dự án điện gió trong nước đã đăng ký hiện lên đến 5. Trong đó, có 7 dự án đã vận hành với tổng công suất 190 MW. Theo độ sâu, địa hình và tốc độ gió trung bình năm (3 mức cao, vừa, thấp) dựa theo chuỗi 10 năm (đo đạc gió vệ tinh NOAA) khu vực biển ven bờ Việt Nam được chia thành 5 khu vực như sau (theo đường bờ): - Quảng Ninh - Quảng Trị (biển thoải, nông, mật độ năng lượng gió vừa) - Quảng Bình - Quảng Ngãi (biển thoải, hẹp, mật độ năng lượng gió thấp) - Bình Định - Ninh Thuận (biển nông hẹp, mật độ năng lượng gió thấp) - Bình Thuận - Mũi Cà Mau (biển thoải, nông, mật độ năng lượng gió cao) - Mũi Cà Mau - Kiên Giang (biển nông, mật độ năng lượng gió vừa) Vùng ven biển nước ta, đặc biệt vùng phía Nam có diện tích rộng khoảng 112.000 km2, khu vực có độ sâu từ 30 m đến 60 m có diện tích rộng khoảng 142.000 km2 có tiềm năng phát triển điện gió biển rất tốt.

Đặc biệt khu vực biển có độ sâu 0 - 30 m từ Bình Thuận đến Cà Mau rộng khoảng 44.000 km2, vì theo số liệu gió Phú Quý, Côn Đảo thì vùng này đạt tốc độ gió trung bình ở độ cao 100 m đạt hơn 5-8m/s. -8- Hiện nay, trang trại gió biển đầu tiên với công suất gần 100 MW đã hoạt động và đang nghiên cứu triển khai các giai đoạn tới năm 2025 lên tới 1.000 MW tức gấp 10 lần. Công suất tiềm năng tài nguyên năng lượng gió biển khu vực độ sâu 0 - 30m Mật độ năng lượng Công suất tiềm Khu vực Diện tích (km2) gió (MW/Km2) năng (GW) Vịnh Bắc bộ 30.