CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ LUẬN VA CƠ SỞ THUC TIEN VE CONG NGHIỆP SẢN XUÁT ĐIỆN TỪ GIÓ. Giải thích một số khải niệm 1. Gió và phân loại gió Gió là một hiện tượng trong tự nhiên, được hiểu như là động năng của các khối khong khí đi chuyển trong bau khí quyển Trai Dat. Không khí chuyên động từ nơi khí áp cao về nơi khí áp thấp va sự chuyển động này sinh ra gió, hướng gió cũng như cường độ giỏ tại một địa điểm tủy thuộc vảo nhiều yếu tổ : địa hình, mức độ gỗ ghẻ của mặt đất, mức độ che phú cua thực vật, thời điểm trong ngay, trong năm, v.
Người ta thường phần biệt 3 loại gió chính - Gió toàn cau : (global wind) - gây ra bởi sự chênh lệch về nhiệt độ va áp suắt, thai ở độ cao khoảng 1000 m so với mặt đất, không phụ thuộc nhiều vao bề mat Trái Dat và loại giỏ này không thích hợp là nguồn năng lượng cho điện gió. - Gió bẻ mặt (surface wind) : thôi trên mặt đắt cho đến độ cao 100 m va phụ thuộc mật thiết vào điều kiện mặt đất, địa hình (giảm vận tốc gió). Đây chính là nguồn năng lượng chính yếu cho điện gid. Giỏ địa phương (giỏ biển, gió bờ .) : giỏ địa phương hầu hết được sử dung tại các hệ thông điện gid, đặc biệt là gió biển (sea breeze) va gió bờ (land breeze).
Năng lượng gió Năng lượng gió là sự chuyển đổi từ sức gió sang hình thức công năng hữu ích hơn, thông thường 1a hình thức sản xuất điện nang từ các tuabin gió. Việc biến đôi sức gió qua một tuabin dé sản xuất ra điện năng can phái qua nhiều giai đoạn : tuabin gió biến động nắng cua gió thành cơ ning (thong qua việc gid làm cho các cảnh quạt xoay tron). Chính cơ nắng nảy sé được chuyên thành điện nắng qua may phát điện (hệ thong cánh quạt truyền năng lượng qua bộ biên đổi tốc độ làm quay máy phát điện). Điện năng sản xuất ra được truyền đến hộ tiêu thụ hoặc tôn trữ trong các ắc qui.
Tiềm năng giỏ lý thuyết. Khu vực được coi là có tiém năng gió lý thuyết khi vận tốc gió trung bình năm tại độ cao dat tuabin xếp loại từ kha trở lên (6. Day là tiểm năng thuẫn túy vẻ - Trang 14 - mặt năng lượng. có được thông qua việc xử lý các số liệu quan trắc khí tượng.
Tiểm năng giỏ ky thuật. Khu vực được coi là có tiềm năng gió kỳ thuật khi được đánh giá là có thẻ triển khai xây dựng vả vận hành với điều kiện kỹ thuật va công nghệ hiện đại. Một khu vực có tiểm năng gió lý thuyết nhưng địa hình quá hiểm trở, không có kha nang vận chuyền vật tư thiết bị đến, không thẻ tiếp cận đẻ thi công hoặc không thé dau noi với hệ thông điện thì được xem 1a không kha thi hoặc không có tiém năng gió kỹ thuật. Tiểm năng giỏ quy hoạch (hay tiềm năng kinh tế).
Một khu vực có thể phủ hợp với nhiều chức năng khắc nhau, khi quy hoạch cho chức năng này sẽ không thực hiện được chức năng khác. Ví dụ : khu vực quy hoạch cho công nghiệp sẽ không phù hợp với điện gió vốn cân mặt bằng rộng, thoáng và giá đất rẻ. Tiêm năng tải chính (hay tiềm năng khả thi). La khu vực mà khi triển khai dự án có thé khai thác hiệu qua, đem lại lợi nhuận cho chủ dau tư.
Tiém năng nay phụ thuộc rất nhiều yếu tế : sức đầu tư, sản lượng điện sản xuất, giá bán điện, chính sách trợ gid của Chinh phú. khả năng huy động vốn, kha năng triển khai dự án v. Tiềm nang về tải chính do vậy có thé thay đổi rat lớn theo thời gian, một khu vực được đánh giá lä hiện tại không có tiềm năng vẻ tải chính, có thẻ sẽ có tiềm nang nay trong năm sau. Vùng loại trừ.
Vùng loại trừ được định nghĩa là vùng có chức năng sử dụng đất được quy hoạch không phù hợp dé“ sống chung ” với điện gió. Vùng đệm là vùng có bé rộng tối thiểu dé vùng điện gió không gây ảnh hướng đến vùng có chức năng sử dụng dat khác. Tuabin gió Tuabin gió thu năng lượng nhờ chuyển đồi lực thôi của gió thành lực quay dé quay các quạt của rotor. Năng lượng chuyên đôi từ gió sang rotor phụ thuộc vảo mật độ không khí, diện tích rotor và vận tốc gió.
Ba thành phần chính trong tuabin giỏ gồm rotor. Tuabin gió hiện đại cỡ lớn bao gồm rotor ba lưỡi quạt với đường kính từ 42 - 80 m, máy phát công suất 600 KW - 2 MW, lắp trên tháp chống cao từ 40 - 100m. L,tiêu sgttet : % BO điển kien Eodurotos H man aw ‘te Oo Ven gio Pots tt Hop dong co Thng thuy lực 13 Tere (9x ts@asÖe Truc quay ula: 13 Yaw dive Hop then toe 14 Yow motor Niay plat ches kS Chột chong (Nguồn : CNTD Đại Học Điện Lực) "*! Hình 1.1 : Cấu tạo của tuabin gió 1. Vai trò của năng lượng gió trong đời sống của con người Sử dụng năng lượng gió lả một trong những cách lấy năng lượng xa xưa nhất từ môi trường tự nhiên và đã được biết đến từ thời kỳ Cô đại.
Con người đã sử dụng năng lượng gió trong nhiều ứng dụng khác nhau như : chạy thuyền buém, khinh khi cầu, bom nước, xay xát.Ý tưởng ding năng lượng gió để sản xuất điện hình thành sau khi phát minh ra điện và máy phát điện. Sử dụng nguyên lý hoạt động của cdi xay gió, con người tiến hành biến đổi một ít - thay vi động năng của gió được chuyển đổi trực tiếp thành năng lượng cơ học thì được dùng để quay máy phát điện, từ đó sản xuất ra điện. Khi bộ môn cơ học lưu chất tiếp tục phát triển thì các thiết bị xây dựng và hình dáng các cánh quạt cũng được chế tạo đặc biệt hơn va gọi đó tuabin gió. Từ sau cuộc khủng hoảng dau lửa trong thập niên 1970, việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác - nhất là từ gió đã được day mạnh trên toàn thé giới.
Đến thập niên 1980, công nghệ vẻ tuabin giỏ đã trở nên chín mudi và có kha nang phát điện với công suất lên đến vài trăm kW. Nhờ các tiến bộ công nghệ, chi phí sản xuất các tuabin này giảm đáng ké cho đến những năm đầu của the ký XXI, sử dụng gió đề phát điện trở thành phương cách phát điện hiệu quả nhất. - Trang 4Ó - Từ đầu những năm 1980, công suất của một tuabin gió đã tăng gấp đôi trong khoảng mỗi 4 năm, các tuabin thương mại lớn nhất hiện nay được lắp đặt ớ độ cao trên 100m, có đường kính xấp xi 100 m và có công suất định mức từ 3 - 5 MW. Thế hệ mới tuabin đang được thử nghiệm hiện nay có công suất đến 6MW, néu theo xu hướng phat triển này thì tuabin gió dự kiến có thé đạt mức công suất định mức đến 10 MW vao năm 2010.
Công nghệ tuabin gió đã phát triển theo nhiều hướng, các hệ thống điều khiển ngày càng rẻ tiên hơn vả tiện ich hơn, các dạng cánh quạt mới có kha năng thu nhận nhiều năng lượng hơn từ gió. Ngoài ra, qui mô lắp đặt của một nhà máy điện gió cũng ngày cảng lớn hơn : trước đây chi lắp đặt một hoặc vai tuabin nhưng hiện nay có khuynh hướng lắp đặt vai chục đến trăm tuabin, đã làm hình thành các trại gió trên dat liên hoặc ngoải thêm lục địa với qui mô tương đương một nhà máy nhiệt điện truyền thống. Cơ sở thực tién 1. Cơ sở thực tiễn về công nghiệp sản xuất điện từ gió thé giới 1.Tốc độ tăng trưởng công suất điện gió Năng lượng gió là một nguồn năng lượng sạch, phong phú va gan như là nguồn (Nguồn : Worldwatch Institute )'"*! Biéu đồ 1.1: Tốc độ tăng trưởng công suất điện gió trên thé giới Theo Worldwatch Institute : hiện nay trên thé giới, năng lượng gid vin đang phát - Trang 17 - triển với tốc độ cao, tốc độ tăng trưởng công suất bình quân lên đến 24.77%/ năm cho giai đoạn 2001- 2007.
Riêng năm 2008 tiếp tục tăng trưởng 29% so năm 2007, đáp ứng 1.5% nhu cẩu tiêu thụ điện năng toàn cầu. Với kha nang giảm thiểu tỷ lệ khí nha kính (Nguôn : World Wind Energy Association) !` " Biéu đồ 1.2 : Tang công suất điện gió đã lắp đặt trên thế giới 1997 - 2010 Qua phân tích biểu đồ công suất lắp đặt điện gió toàn thế giới năm 1999 cho thấy Châu Âu vượt xa các khu vực còn lại với tổng công suất lắp đặt chiếm 71% tổng công suất lắp đặt toan thé giới. Riêng các khu vực như Châu Phi, Châu Đại Dương va Nam Mỹ cỏ tổng công suất lắp đặt không đáng ké va chiếm một phan rat nhỏ trong cơ cấu điện gió toàn thế giới.3 : Tống công suất lắp đặt điện gió toàn thé giới năm 1999 Năm 2008, toàn thé giới đã lắp mới được khoảng 27.261 MW điện giỏ, trong đó Hoa Kỷ 8.351 MW, Trung Quốc 6.65SMW ở Đức, và Tây Ban Nha I.59SMW - nâng tổng công suất lắp đặt của các nhà máy sản xuất điện từ gió trên toàn thế giới lên 121. Tổng công suất lắp đặt điện gió của một số quốc gia (đơn vị MW) 10a 3⁄40 sóc 4%00 4000 ( Nguôn : Wind Energy Resource Altas of South Asia ) †!° Biểu đồ 1.4 : Các quốc gia có công suất lắp đặt điện gió trên 100 MW 1.
Các quốc gia đi đầu trong công nghiệp sản xuất điện từ gió Đến cuối năm 2003, điện giỏ được phát triển tại hơn 50 quốc gia trên thế giới, với tổng công suất đạt tới 40. Các quốc gia đứng dau về sản xuất điện gió là Đức, Mỹ, Tây Ban Nha, Dan Mạch va An Độ - chiếm 84% tống công suất toàn câu.2 : Thống kê các quốc gia sử dụng năng lượng điện gió (tính đến cuối năm 2007) 2953 Thê giới 90.169 (Nguồn : World Wind Energy Association) ~ THU VIEN | Trưởng Hlal-Hoc Sii-P ham | TP. HO-CHI-M int | - Trang 20 - 23.587 Bo Dao Nha (Nguồn - World Wind Energy Association) \“"' Tại các nước châu Au, các nha máy điện gió không can dau tư vào đất dai dé xây dựng các trạm tuabin mà thuê ngay dat của nông dân. Giá thuê đất khoảng 20% giá thành thị trường nên thường xuyên giúp mang lại một nguồn thu nhập ôn định cho nông dân, trong khi điện tích canh tác không bị ảnh hưởng nhiều.
Chi riêng ở châu Au đã có 13 nước sử dụng nguồn nang lượng gió vảo công nghiệp sản xuất điện.