Chương I: Tổng quan về năng lượng gió.Tình hình khai thác và sử dụng năng lượng gió trên thế giới và Việt Nam.Khái quát về năng lượng gió.Khái niệm về năng lượng gió. 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 kì cổ đại.
Gió là một dạng của lượng mặt trời,nó được sinh ra là do nguyên nhân mặt trời đốt nóng khí quyển,do trái đất xoay quanh mặt trời và do sự không đồng đều trên bề mặt trái đất.Luồng gió thay đổi tuỳ 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 như: đi thuyền, thả diều và phát điện. Năng lượng gió được mô tả như một quá trình, nó được sử dụng để phát ra năng lượng cơ hoặc điện.Tuabin gió sẽ chuyển đổi từ động năng của dòng không khí thành cơ năng. Năng lượng cơ này có thể sử dụng cho những công việc cụ thể như là bơm nước hoặc các máy nghiền lương thực (cối xay gió) hoặc cho một máy phát có thể chuyển đổi cơ năng thành điện năng.
Sự hình thành của năng lượng gió. 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 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 Sinh viên thực hiện: [Tô Hoài Nam - 20062218] Khóa 51 Lớp KSCLC-Cơ Khí Hàng Không. 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP thẳng 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.1 :Hướng gió trên bền mặt trái đất.
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.Biểu thức năng lượng của gió. Như đã nói ở trên thì năng lượng gió là động năng của dòng không khí chuyển động.Ta xét 1 khối khí có thể tích V chuyển động với vận tốc v: Sinh viên thực hiện: [Tô Hoài Nam - 20062218] Khóa 51 Lớp KSCLC-Cơ Khí Hàng Không.
9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.2:Công suất của một khối gió. Trong đó: ρ : tỉ trọng không khí h : chiều cao hình trụ A : diện tích quy chiếu bề mặt khối gió đi qua. r : bán kínhhình trụ -Động năng của gió: 𝐸𝑘 = 0.1) -Công suất của gió: 𝑃 = ρrh𝑣 3 (1.2) Từ công thức trên ta thấy công suất gió tỷ lệ với lũy thừa bậc ba của vận tốc.Chính vì vậy,vận tốc của gió là yếu tố được quan tâm hàng đầu khi muốn sử dụng năng lượng gió. Tình hình sử dụng năng lượng gió.
Từ xa xưa,con người đã biết cách sử dụng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm hay khinh khí cầu, bơm nước hay biến thành nó thành cơ năng để phục vụ cho các mục đích của loài người.` Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phát minh ra điện và máy phát điện. Lúc đầu nguyên tắc của cối xay gió chỉ được biến đổi nhỏ và thay vì là chuyển đổi động năng của gió thành năng lượng cơ học thì dùng máy phát điện để sản xuất năng lượng điện. Khi bộ môn cơ học dòng chảy tiếp tục phát triển thì các thiết bị xây dựng và hình dáng của các cánh quạt cũng được chế tạo đặc biệt hơn. Ngày nay người ta gọi đó tuốc bin gió, khái niệm cối xay gió Sinh viên thực hiện: [Tô Hoài Nam - 20062218] Khóa 51 Lớp KSCLC-Cơ Khí Hàng Không.
10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP không còn phù hợp nữa vì chúng không còn có thiết bị nghiền. Từ sau những cuộc khủng hoảng dầu trong thập niên 1970 việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác được đẩy mạnh trên toàn thế giới, kể cả việc phát triển các tuốc bin gió hiện đại. Tình hình sử dụng năng lượng gió trên thế giới. Có rất nhiều quốc gia đã đi vào khai thác nguồn năng lượng gió trên thế giới.
Chủ yếu là các nước phát triển. Dưới đây là bảng top 5 quốc gia khai thác nguồn năng lượng gió trong những năm gần đây ( đơn vị GW/năm): Xếp hạng Quốc gia 2007 2008 2009 1 Đức 18415 20622 22247 2 Mỹ 9149 11603 16818 3 Tây Ban Nha 10028 11615 15145 4 Ấn Độ 4430 6270 8000 5 Trung Quốc 1260 2604 6050 Bảng 1.1:Xếp hạng các quốc gia về sử dụng năng lượng gió. Đứng đầu danh sách là Đức với việc sử dụng gần 20.000 tubin gió hiện đại nhất thế giới. Với vị trí địa lý thuận lợi đã giúp quốc gia này khai thác nguồn năng lượng gió cả trên đất liền và ngoài khơi.
Hiện nay tại nhiều quốc gia việc phát triển năng lượng gió đã được khuyến khích và tài trợ một phần kinh phí, ví dụ như thông qua việc hoàn trả thuế (PTC tại Hoa Kỳ), các mô hình hạn ngạch hay đấu thầu (thí dụ như tại Anh, Ý) hay thông qua các hệ thống giá tối thiểu (thí dụ như Đức, Tây Ban Nha, Áo, Pháp, Bồ Đào Nha, Hy lạp). Hệ thống giá tối thiểu ngày càng phổ biến và đã đạt được một giá điện bình quân thấp hơn trước, khi công suất các nhà máy lắp đặt cao hơn. Trên nhiều thị trường điện, năng lượng gió phải cạnh tranh với các nhà máy điện mà một phần đáng kể đã được khấu hao toàn bộ từ lâu, bên cạnh đó công nghệ này còn tương đối mới.Vì thế mà tại Đức có đền bù giá giảm dần theo thời gian từ những nhà cung cấp năng lượng thông thường dưới hình thức “Luật năng lượng tái sinh”, tạo điều kiện cho ngành công nghiệp trẻ này phát triển.Bộ luật này quy định Sinh viên thực hiện: [Tô Hoài Nam - 20062218] Khóa 51 Lớp KSCLC-Cơ Khí Hàng Không. 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP giá tối thiểu mà các doanh nghiệp vận hành lưới điện phải trả cho các nhà máy sản xuất điện từ năng lượng tái sinh.
Mức giá được ấn định giảm dần theo thời gian. Tình hình sử dụng năng lượng gió ở Việt Nam. Nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam có một thuận lợi cơ bản để phát triển năng lượng gió. Trong chương trình đánh giá về năng lượng 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 có Việt Nam.
Theo tính toán của nghiên cứu này, trong 4 nước được khảo sát thì Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất và hơn hẳn các quốc gia lân cận là Thái lan, Lào, Campuchia. Trong khi Việt Nam có tới 8,6% diện tích lãnh thổ được đánh giá có tiềm năng từ “tốt” đến “rất tốt” để xây dựng các trạm điện gió cở lớn thì diện tích này ở Campuchia là 0,2%, ở Lào là 2,9%, và ở Thái Lan cũng chỉ là 0,2%. Tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thuỷ điện Sơn la và hơn 10 lần tổng công suất dự báo ngành điện vào năm 2020. Tất nhiên, để chuyển từ tiềm năng lý thuyết thành tiềm năng có thể khai thác, để tiềm năng kỹ thuật và cuối cùng thành tiềm năng kinh tế là cả một câu chuyện dài.
Nếu xét tiêu chuẩn để xây dựng các trạm điện gió cỡ nhỏ phục vụ cho phát triển kinh tế ở những khu vực khó khăn thì Việt Nam có đến 41% diện tích nông thôn có thể phát triển điện gió loại nhỏ. Nếu so sánh con số này với các nước láng giềng thì Campuchia có 6%, Lào có 13% và Thái Lan là 9% diện tích nông thôn có thể phát triển năng lượng gió. Đây là quả thật là ưu đãi dành cho Việt nam mà chúng ta còn thờ ơ chưa nghĩa đến cách tận dụng. Bảng vận tốc gió cho dưới đây được cung cấp bởi cục khí tượng thủy văn với vận tốc gió ở độ cao 10m.
Muốn lắp đặt những động cơ gió công suất lớn thì cần phải có những nghiên cứu cụ thể về vận tốc gió trung bình, hướng gió trung bình theo độ cao. Hiện tại ở Việt Nam, mới chỉ có hai trung tâm nghiên cứu về vấn đề này là Trung tâm năng lượng mới ĐHBK – HN và một trung tâm ở ĐHBK – TP. Sinh viên thực hiện: [Tô Hoài Nam - 20062218] Khóa 51 Lớp KSCLC-Cơ Khí Hàng Không. 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Địa phương Tốc độ gió (m/s) Địa phương Tốc độ gió (m/s) Lai Châu 2.0 Đảo Cô Tô 4.8 Trường Sa 5.8 Buôn Mê Thuật 3.Hồ Chí Minh 2.2:Vận tốc gió tại một số địa phương.
Tuy nhiên căn cứ vào bảng này ta thấy rằng vận tốc gió ở Việt Nam đạt ở mức trung bình. Tại một số nơi có tiềm năng năng lượng gió cao như đảo Bạch Long Vĩ-Hải Phòng, Vĩnh Linh-Quảng Trị,Quy Nhơn-Bình Định. Và hiện nay đang có dự án xây dựng các nhà máy điện có công suất 750KW ,10MW (20MW) và 15MW. Quá trình hình thành và phát triển của tuabin gió.
Giai đoạn hình thành ở đầu thế kỉ 19. Có thể khẳng định rằng con người đã biết đến sức gió từ rất sớm, vào khoảng năm 3.500 trước Công nguyên khi làm ra những chiếc buồm để đẩy tàu thuỷ lướt trên mặt nước.