Chương 1 GIỚI THIỆU 1. Giới thiệu Năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng là một trong những yếu tố cần thiết phục vụ cho cuộc sống sinh hoạt và sản xuất của nhân loại. Điều này cũng có nghĩa rằng khi mức sống của con người và nhu cầu sản xuất được tăng cao thì nhu cầu về năng lượng điện cũng tăng theo để đáp ứng. Đây chính là thách lớn đối với hầu hết các quốc gia, trong đó có Việt Nam.
Tốc độ tăng trưởng trung bình của sản lượng điện ở Việt Nam trong 20 năm trở lại đây đạt mức rất cao, khoảng 12 – 13%/năm, tức là gần gấp đôi tốc độ tăng trưởng GDP của nền kinh tế. Chiến lược công nghiệp hóa và duy trì tốc độ tăng trưởng cao để thực hiện “dân giàu, nước mạnh” và tránh nguy cơ tụt hậu sẽ còn tiếp tục đặt lên vai ngành điện nhiều trọng trách và thách thức to lớn trong những thập niên tới. Để hoàn thành được những trọng trách này, ngành điện phải có khả năng dự báo nhu cầu về điện năng của nền kinh tế, trên cơ sở đó hoạch định và phát triển năng lực cung ứng của mình. Nếu tốc độ phát triển nhu cầu về điện tiếp tục duy trì ở mức rất cao 14- 15%/năm như mấy năm trở lại đây thì đến năm 2010 cầu về điện sẽ đạt mức 90.000 GWh, gấp đôi mức cầu của năm 2005.
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 điện sản xuất của Việt Nam vào năm 2020 sẽ là khoảng 200.000 GWh, vào năm 2030 là 327. Trong khi đó, ngay cả khi huy động tối đa các nguồn điện truyền thống thì sản lượng điện nội địa của chúng ta cũng chỉ đạt mức tương ứng là 165. Điều này có nghĩa là nền kinh tế sẽ bị thiếu hụt điện một cách nghiêm trọng và tỷ lệ thiếu hụt có thể lên tới 20- 30% mỗi năm. Nếu dự báo này của Tập đoàn Điện lực trở thành hiện thực thì hoặc là chúng ta phải nhập khẩu điện với giá đắt gấp 2 – 3 lần so với giá sản xuất trong nước, hoặc là hoạt động sản xuất của nền kinh tế sẽ rơi vào trì trệ và đời sống của người dân sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
Không phải đến những năm 2015 hay 2020, ngay thời điểm hiện tại chúng ta cũng đã đối mặt với tình trạng thiếu điện. Năm 2005, lần đầu tiên sau nhiều năm trở lại đây, người dân ở hai trung tâm chính trị và kinh tế của đất nước chịu cảnh cắt điện luôn phiên gây nhiều khó khăn cho sinh hoạt và ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống kinh tế. Ngoài ra, Việt Nam hiện vẫn còn khoảng 4,5 triệu dân, đặc biệt các hộ vùng sâu, vùng xa và hải đảo. vẫn chưa có điện.
Theo quy hoạch phát triển mạng lưới điện thì dự kiến đến năm 2020, vẫn còn trên 1000 xã (trong tổng số hơn 9000 xã) đại diện cho 500000 hộ dân với dân số khoảng 3 triệu người vẫn chưa có lưới điện quốc gia. Đồng bào dân tộc thiểu số ở Tây Nguyên, những nơi chưa có điện lưới quốc gia, bài toán bơm nước tưới cây hay phục vụ nhu cầu cuộc sống của bà con là một bài toán khó. Những đồn biên phòng xa xôi trên những mõm núi chót vót của vùng Tây bắc tổ quốc, những chiến sĩ ngoài đảo xa, nhà dàn, những ghe tàu đánh cá ngoài biển khơi. cũng cần có điện để phục vụ tốt cho sinh hoạt và cho công tác an ninh quốc phòng.
Thêm vào đó, theo dự báo của một số nhà khoa học, trữ lượng than và dầu khí mà đang được con người sử dụng sẽ cạn kiệt trong 30 năm tới. Chính vì lý do này, hầu hết các quốc gia trên thế giới đang nổ lực nghiên cứu, khai thác và phát triển các nguồn năng lượng tái tạo nhằm mục đích thay thế phần nào nguồn năng hóa thạch đang được khai thác và có xu hướng cạn dần. Trong số các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng gió là một trong các dạng năng lượng đang được các quốc gia tập trung khai thác. Tổ chức năng lượng gió Châu Âu (European Wind Energy Association - EWEA) đã khởi xướng cho mục tiêu ưu tiên phát triển điện gió trong giai đoạn đầu thế kỷ 21.
Việt Nam cũng đang dần dần định hướng chiến lược cho việc phát triển và khai thác nguồn năng lượng này. Vì thế, việc nghiên cứu, mô hình và phân tích cho hệ thống khai thác nguồn năng lượng này là thật sự có nghĩa và cần thiết. Có thể nhận thấy rằng, tỷ suất tăng trưởng của toàn thế giới về các dạng năng lượng điện từ những năm 1990 – 2000 như sau: Năng lượng gió: 32%; Năng lượng mặt trời: 20,1%; Khí thiên nhiên: 1,6%; Dầu mỏ: 1,2%; Năng lượng nguyên tử: 0,6%; Than đá: 1%. Như vậy, tỷ suất tăng trưởng của năng lượng mới cao hơn nhiều so với năng lượng truyền thống.
Trong đó, điện gió có tốc độ tăng trưởng cao nhất. Theo các thống kê của Hội đồng năng lượng gió toàn cầu (Global Wind Energy Council – GWEC), Hình 1.1 thì Châu Âu là châu lục chiếm tỷ lệ khai thác năng lượng gió hàng đầu của thế giới, năm 2010, tổng công suất lắp đặt khoảng 82 GW, chiếm 55% của toàn thế giới. Bắc Mỹ là khu vực lớn thứ hai về tổng công suất lắp đặt 31,6 GW vào năm 2010. Trong đó: Mỹ là thị trường quan trọng nhất trong khu vực này với công suất lắp đặt dự đoán trung bình 3,5 GW/năm.
Châu Á đã vượt quá mọi dự đoán trước đây do sự tăng trưởng mạnh mẽ ngoài dự kiến của Trung Quốc và châu lục này có tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm cao nhất (28,3%) trong suốt giai đoạn này. Năm 2010, tổng công suất đạt 29 GW so với 10,7 GW vào năm 2006. Năm 2010, khu vực Châu Mỹ La Tinh và vùng Caribê có 296 MW công suất lắp đặt mới, bắt đầu từ Braxin sau đó là Mêhico. Những dự án phát triển nhỏ hơn cũng sẽ được thực hiện ở một số nước Trung Mỹ.
Khu vực Thái Bình Dương với sự phát triển của năng lượng điện gió ở Ôxtraylia với 1 GW được lắp đặt trong giai đoạn 2007-2010. Công suất lắp đặt trên thế giới 2001 – 2010 Theo báo cáo năng lượng gió toàn cầu năm 2010 dự báo rằng năng lượng gió sẽ chiếm 12% nguồn cung cấp điện năng toàn cầu vào đầu năm 2020. Khi đó, năng lực sản xuất dự kiến sẽ đạt 1000 GW công suất. Nghĩa là, hàng năm lượng giảm phát thải đạt 1,5 tỷ tấn CO2, tương đương với 50-75% lượng phát thải mà các quốc gia công nghiệp đã cam kết thực hiện theo thỏa thuận Copenhagen.
Năm 2030, điện gió sẽ chiếm đến 22% nguồn cung cấp năng lượng toàn cầu. Trong trường hợp này, lượng giảm phát thải lên tới 34 tỷ tấn CO2 hàng năm. Theo Tổng thư ký Steve Sawyer (GWEC), năng lượng gió có thể đóng góp đáng kể vào việc sản xuất điện trên toàn thế giới và giúp giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính trong lĩnh vực năng lượng. Tuy nhiên, cần phải có những cam kết để biến chúng thành hiện thực.
Công nghệ năng lượng gió cung cấp cho chính phủ giải pháp thay thế khả dĩ để giải quyết những thách thức của thời đại chúng ta và góp phần vào cuộc cách mạng trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng. Báo cáo cũng chỉ ra rằng ngành công nghiệp năng lượng điện gió có thể tạo ra hơn 3 triệu việc làm trước năm 2030 (ước tính hiện nay vào khoảng 600. Hiện nay, phần lớn sự tăng trưởng của năng lượng điện gió được thực hiện bên ngoài các quốc gia công nghiệp, nghĩa là có sự góp phần của các quốc gia đang phát triển. Theo dự kiến đến năm 2030, khoảng một nửa số tuabin gió của thế giới sẽ được lắp đặt tại các quốc gia đang phát triển và các nền kinh tế mới, tiềm năng.
Việt Nam nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với trên 3000 km bờ biển. Đây là một thuận lợi cơ bản để phát triển điện gió. 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. Các khu vực có thể phát triển điện gió trải đều trên toàn bộ lãnh thổ với các ảnh hưởng của các chế độ gió khác nhau.
Theo ngân hàng thế giới thì Việt Nam có tiềm năng năng lượng gió rất nhiều so với các nước lân cận, Bảng 1. Tiềm năng gió của các nước Đông Nam Á (độ cao 65m) Trung Rất Lý Các thông Yếu Tốt Tổng bình tốt tưởng Quốc gia số < 6m/s 6-7m/s 7-8m/s 8- >9m/s - khảo sát 9m/s Diện tích, 175.155 315 30 0 km2 Campuchia Diện tích, % 96,4 3,4 0,2 0 0 Tiềm năng NA 24.070 671 35 km2 Lào Diện tích, % 80,2 16,9 2,6 0,3 0 Tiềm năng NA 155.337 748 13 0 km2 Thái Lan Diện tích, % 92,6 7,2 0,2 0 0 Tiềm năng NA 149.178 113 km2 Việt Nam Diện tích, % 60,6 30,8 7,9 0,7 0 Tiềm năng NA 401. Hiện nay, căn cứ vào tốc độ gió người ta chia các cấp và bảng cấp gió được sử dụng phổ biến trên thế giới là bảng cấp gió Beaufor với 17 cấp, Bảng 1. Bảng cấp gió Beaufor Tốc độ gió Áp suất gió trung Đặc điểm Cấp gió m/s km/h bình (kg/m2) của gió 0 0,0 - 0,2 0,0 - 1,0 0 Lặng gió 1 0,3 - 1,5 1 -5 0,2 Gió êm 2 1,6 - 3,3 6 - 11 0,9 Gió nhẹ 3 3,4 - 5,4 12- 19 2,2 Gió yếu 4 5,5 - 7,9 20-28 4,5 Gió vừa 5 8,0-10,7 29-38 7,8 Gió mát 6 10,8-13,8 39-49 12,5 Gió hơi mạnh 7 13,9-17,1 50-61 18,8 Gió mạnh 8 17,2-20,7 62-74 27,0 Gió rất mạnh 9 20,8-24,4 75-88 37,5 Gió bão 10 24,5-28,4 89-102 51,1 Bão 11 28,5-32,6 113-117 69,4 Bão mạnh 12 32,7-36,9 118-133 89,0 Bão rất mạnh 13 37,0-41,4 134-149 109,2 14 41,5-46,1 150-166 135,8 15 46,2-50,9 167-183 164,3 16 56,1-61,2 202-220 245,6 Trong thiên nhiên, gió thường xuyên thay đổi tốc độ.
Vì vậy, để đánh giá được tiềm năng từng vùng, người ta sử dụng các thông số gió trung bình năm, Vtb, tốc độ gió cực đại, Vmax và tần suất xuất hiện các tốc độ gió gọi tắt là tần suất tốc độ gió. Việt Nam nằm ở khu vực gần xích đạo trong khoảng 8 o đến 23o vĩ Bắc thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa. Gió ở Việt nam có hai mùa rõ rệt: gió Đông Bắc và gió Đông Nam với tốc độ gió trung bình ở vùng ven biển từ 4,5 - 6 m/s (ở độ cao 10 - 12m). Tại các đảo xa, tốc độ gió từ 6 - 8m/s.