CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN GIÓ 1.1 TỔNG QUAN NĂNG LƯỢNG GIÓ – NGUỒN NĂNG LƯỢNG SẠCH ĐẦY TIỀM NĂNG - Đứng trước thực tế nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao nhưng những nguồn năng lượng hóa thạch như dầu, khí đốt, than,… đang ngày càng trở nên khan hiếm cũng như gây ra những tác hại khôn lường cho môi trường, chúng ta cần tìm ra những dạng năng lượng mới để thay thế cho chúng. Một trong những nguồn năng lượng triển vọng, đang trong những bước khai thác và sử dụng có thể kể đến là năng lượng gió. - Năng lượng gió hiện nay là một trong những dạng năng lượng phát triển nhanh nhất trên thế giới cũng như có tiềm năng lớn tại Việt Nam. Trong bài viết sau đây, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về năng lượng gió, cách thức chúng hoạt động cũng như ưu nhược điểm của loại năng lượng này.1 Khái niệm năng lượng gió - Năng lượng gió là một loại năng lượng được sử dụng từ rất lâu đời.
Từ xa xưa ông cha ta đã biết dùng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm trên biển. - Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất. Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời.Sử dụng năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa xưa nhất từ môi trường tự nhiên và đã được biết đến từ thời Cổ Đại. 4 - Bởi sự ảnh hưởng không đồng đều của nhiệt độ mặt trời vào bầu khí quyển làm cho không khí giữa vùng này và vùng khác bị chênh lệch về áp suất do vậy sinh ra sự chuyển động không khí từ vùng có áp suất cao đến vùng không khí có áp suất thấp và sự chuyển động đó được gọi là gió .Chúng ta đều biết sự chuyển động của gió tạo ra một lực cơ học và nó ở dạng lực mặt do vậy nó cũng có chiều có hướng và có độ lớn cũng có nghĩa là có năng lượng ở dạng cơ năng nên từ xa xưa con người đã biết lợi dụng sức gió để ứng dụng vào cuộc sống (cối xay gió, thuyền buồm,.) nhưng đấy là những ứng dụng đơn giản còn trong thời đại hiện nay có sự nghiên cứu và đã được ứng dụng rộng rãi, năng lượng gió được chuyển sang điện năng 1.2 Sự hình thành năng lượng gió - Do sự chênh lệch nhiệt độ, áp suất khác biệt giữa xích đạo và các cực: Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau.
Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vì thế là khác nhau về áp suất mà không khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió. Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi (so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa. - Do sự quay của Trái Đất: Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thắng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu. Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí di chuyển vào một vùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ.
Trên Nam bán cầu thì chiều hướng ngược lại. - Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa hình tại từng địa phương. Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất nóng lên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từ biển hay hồ vào đất liền. Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước và hiệu ứng này xảy ra theo chiều ngược lại.3 Lịch sử phát triển của năng lượng gió - Con người đã sử dụng năng lượng gió từ hàng ngàn năm trước, khi con người lần đầu tiên nhận ra sức mạnh của gió và sử dụng nó để nghiền ngũ cốc hoặc đẩy thuyền.
- Cối xay gió được người Hồi giáo phát minh năm 634, dùng để xay bắp và thoát nước. Vào mùa khô, chỉ có một nguồn sức đẩy duy nhất là gió, thổi ổn định theo một hướng trong nhiều tháng. Cối xay gió có 6 – 12 cánh quạt được phủ vải hay cánh cọ. Nó có trước cối xay đầu tiên ở châu u 500 năm.
5 - Vào những năm 1920 và 1926, Albert Betz, một nhà khoa học Đức, đã thực hiện nghiên cứu và tính toán hiệu suất tuabin gió tối đa. Kết quả của ông đã dẫn đến việc thiết lập một giới hạn về tỷ lệ hiệu suất của cách quạt và hình dạng tối ưu của chúng. Giới hạn này được gọi là "Betz giới hạn" và vẫn được sử dụng trong thiết kế tuabin gió hiện đại. - Năm 1950, Giáo sư Ulrich Hutter đã áp dụng cơ học hiện đại và công nghệ sợi quang tiên tiến để xây dựng cánh quạt tuabin gió trong hệ thống thử nghiệm của mình.
Điều này đã cải thiện hiệu suất và hiệu quả của turbine gió và đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng gió. - Poul la Cour, một nhà nghiên cứu Đan Mạch, đã phát triển một loại tua-bin gió phát điện trực tiếp. - Năm 1958, một học sinh tên là Johannes Juul đã phát triển khái niệm cho phép dòng điện xoay chiều từ tuabin gió có thể được nối vào lưới điện cho lần đầu tiên. Điều này đã mở ra cánh cửa cho việc sử dụng năng lượng gió trên quy mô lớn và tích hợp vào hệ thống điện lưới, bước đột phá quan trọng trong ngành năng lượng gió.4 Ứng dụng thực tiễn của năng lượng gió - Năng lượng gió đã được sử dụng từ hằng trăm năm nay.
Con người đã dùng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm hay khinh khí cầu, ngoài ra năng lượng gió còn được sử dụng để tạo công cơ học nhờ vào các cối xay gió. ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phát minh ra điện và máy phát điện. - Góp phần bảo vệ môi trường. Gió là nguồn năng lượng tự nhiên và vĩnh cửu nên bạn sẽ không cần phải sử dụng các loại máy móc để khai thác gây ô nhiễm môi trường.
- Tiết kiệm tiền điện. Do đó là nguồn tài nguyên sẵn có nên bạn không cần tốn chi phí để sản xuất điện. Nhìn chung, việc xây dựng một tuabin gió vẫn rẻ hơn rất nhiều so với việc xây dựng một nhà máy nhiệt điện. - Giảm sự phụ thuộc vào thủy điện.
Việt Nam là một trong những nước vẫn còn phụ thuộc vào thủy điện. Vào những mùa hạn hán không đủ nước thủy điện thì một số nhà máy thủy điện lựa chọn phương án trữ nước vào mùa nóng và xả vào mùa mưa gây nên lũ lụt hoặc hạn hán. Do đó, sử dụng năng lượng gió sẽ góp phần giúp người dân giảm bớt sự phụ thuộc vào thủy điện. - Tạo thêm thu nhập cho người dân.
Khi năng lượng gió phát triển, người dân sẽ có thêm thu nhập từ việc thuê đất để lắp điện tuabin gió. Giúp người dân sử dụng được - lưới điện giá rẻ, tiết kiệm chi phí mà còn có thêm được nguồn thu nhập thụ động cho bản thân. - Trên thực tế, tốc độ tăng trưởng của sản lượng điện ở nước Việt Nam trong khoảng 20 năm gần đây đạt mức rất cao lên đến 12 – 13% mỗi năm, đây là 6 mức tăng trưởng gấp đôi so với tốc độ tăng trưởng GDP của nền kinh tế. Nước ta đang rơi vào tình trạng thiếu hụt điện và cần phải có những biện pháp giải quyết phù hợp.5 Ưu điểm và nhược điểm Ưu điểm - -Năng lượng gió là nguồn năng lượng sạch: ưu điểm dễ thấy nhất của điện bằng sức gió là không tiêu tốn nhiên liệu, không gây ở nhiễm môi trường như các nhà máy điện, dễ chọn địa điểm và tiết kiệm đất xây dựng, khác hắn với các nhà máy thủy điện chỉ có thể xây dựng gần dòng nước mạnh với những điều kiện đặc biệt và cẩn diện tích rất lớn cho hồ chứa nước.
Các Tua-bin gió sau khi đã hết tuổi thọ hoạt động có thể tái chế đến 80%. - -Các trạm điện bằng sức gió có thể đặt gần nơi tiêu thụ điện, như vậy sẽ tránh được chi phí cho việc xây dựng đường dây tải điện. Ngày nay điện bằng sức gió đã trở nên rất phổ biến, thiết bị được sản xuất hàng loạt, công nghệ lắp ráp đã hoàn thiện nên chi phí cho việc hoàn thành một trạm điện bằng sức gió hiện nay thấp và thời gian chỉ khoảng 1 - 2 năm.Một hệ thống điện gió có thể hoạt động bền bỉ trong hơn 20 năm với mức phí duy trì không đáng kể. - -Năng lượng gió độc lập: chúng ta biết gió là nguồn năng lượng vô tận và không thuộc quyền quản lý của một tổ chức nào, mọi người dân, tổ chức đều có quyền sử dụng năng lượng gió.
- -Tiềm năng trong nước tốt: Tuabin gió giúp tiết kiệm năng lượng và là nguồn điện dự phòng khi có các sự cố mất điện. 7 - Nhược điểm - Đe dọa động vật hoang dã: Khi lắp đặt tuabin gió con người sẽ phải đối mặt với nguy cơ về mất an toàn cho các loài động vật. Các loài chim hay các sinh vật khác có thể bay vào khu vực khi các tuabin đang hoạt động. Do đó chúng rất dễ bị tai nạn, đặc biệt quá trình hoạt động của tuabin còn ảnh hưởng đến môi trường sống tự nhiên của động vật.
- 8 - Chi phí đầu tư điện gió cao: Để có một hệ thống năng lượng điện gió vận hành trơn tru ổn định thì chúng ta phải xây dựng một dây chuyền công nghệ cao, tiến tiến bậc nhất. Do đó mức chi phí lắp đặt cho toàn bộ hệ thống là không hề rẻ. - Ô nhiễm tiếng ồn:Hoạt động của tuabin gió có thể tạo ra tiếng ồn, ảnh hưởng đến cuộc sống của người dân xung quanh. Tiếng ồn này có thể gây phiền hà và ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống, đặc biệt là ở những khu vực gần các trạm phát điện gió.