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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -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. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -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.