Chương 1: Giới thiệu năng lượng gió Chìa khóa để thực hiện ý tưởng này là các quả cầu bê tông khổng lồ dưới đáy biển để neo các tua bin gió và sử dụng như một phương tiện lưu trữ năng lượng gió ngoài khơi. Khi tua bin gió sản xuất năng lượng lớn hơn nhu cầu thì nguồn năng lượng thừa sẽ được sử dụng để bơm nước biển từ trong quả cầu bê tông có đường kính khoảng 30m ra bên ngoài. Đến khi nhu cầu năng lượng tăng lên thì nước biển bên ngoài sẽ được cho phép chảy vào bên trong quả cầu và làm quay tuabin tạo ra năng lượng để sử dụng. Hệ thống này sẽ được kết nối với lưới điện, vì vậy các quả cầu cũng có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng từ các nguồn năng lượng khác như năng lượng mặt trời… Điều này có thể làm giảm sự phụ thuộc vào các nhà máy điện vào các giờ cao điểm.
Thị phần của năng lượng gió ngoài khơi trong tổng công suất điện gió trên toàn thế giới đã tăng từ 1,2% năm 2009 lên 1,6% trong năm 2010.1 minh họa sự phát triển của công suất năng lượng gió ngoài khơi ở một số nước phát triển trên thế giới.1: Công suất điện gió ngoài khơi ở một số nước dẫn đầu về năng lượng gió [3] Total Added Total Total offshore offshore Rate of offshore offshore Position Country capacity capacity growth capacity capacity 2010 2010 2010 2010 [%] 2009 2008 [MW] [MW] [MW] [MW] United 1 Kingdom 1341 653 94.8 247 247 4 Belgium 195 165 550 30 30 5 Sweden 164 0 0 164 134 6 China 123 100 434.4 72 12 8 Finland 30 0 0 30 30 9 Ireland 25 0 0 25 25 10 Japan 16 15 1500 1 1 TOTAL 3117.6 6 Chương 1: Giới thiệu năng lượng gió 1.4 Sự phân phối ở các lục địa Sự tiến bộ nhất của ngành công nghiệp gió diễn ra ở châu Á, và sự tập trung của khu vực gió toàn cầu di chuyển xa hơn từ châu Âu cũng như từ Bắc Mỹ. Châu Á chiếm 54,6% của các tua-bin gió được cài đặt mới (40,4% năm 2009, 31,5% năm 2008). Mỹ là quốc gia đầu tiên sản xuất điện năng từ gió với công suất khoảng trên 35.000 megawatts và trở thành quốc gia đứng đầu về lĩnh vực này. Điện năng từ gió sản xuất ra khoảng 2% điện năng sản xuất của Mỹ.
10 năm trước đây, công suốt này chỉ đạt được 2.472 megawatts mà thôi. 5 năm trước, châu Âu thống trị thị trường thế giới tua-bin gió với 70,7% công suất mới và vị trí thứ 3 trong năm 2009. Trong năm 2010, lục địa này đã trở lại với vị trí hai và chiếm 27% các tuabin cài đặt mới (2009: 27,3%; 2008: 32,8%), Bắc Mỹ có thị phần giảm từ 28,4% năm 2009 xuống 16,7% trong năm 2010.3 Năng lượng gió ở Việt Nam 1.1 Tiềm năng Nằm ở bờ biển nhiệt đới gió mùa, Việt Nam có lợi thế cho phát triển năng lượng gió. So sánh tốc độ gió trung bình ở Biển Đông Việt Nam và các vùng biển lân cận cho thấy gió ở Biển Đông Việt Nam là thực sự mạnh mẽ và thay đổi theo mùa.
Trong chương trình đánh giá năng lượng cho Châu Á, Ngân hàng Thế giới có một cuộc khảo sát chi tiết về năng lượng gió ở Đông Nam Á, bao gồm Việt Nam. Theo tính toán của nghiên cứu này, trong bốn quốc gia, Việt Nam sở hữu tiềm năng gió lớn nhất và vượt trội so với các nước láng giềng như Thái Lan, Lào và Campuchia. Ở Việt Nam, 8,6% lãnh thổ được đánh giá từ "tốt" đến "rất tốt" để xây dựng các trang trại gió lớn; bên cạnh đó, các khu vực ở Campuchia là 0,2%, Lào là 2,9%, và ở Thái Lan chỉ là 0,2%. Tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.
Nếu hội đủ điều kiện cho việc xây dựng các nhà máy điện gió nhỏ phát triển kinh tế ở vùng khó khăn, 41% khu vực nông thôn Việt Nam có thể được xem xét để phát triển các nhà máy điện gió nhỏ. 7 Chương 1: Giới thiệu năng lượng gió Hình 1.5: Nhà máy năng lượng gió ở tỉnh Bình Thuận 1.2 Sự phân bố gió ở Việt Nam a. Phân bố theo mùa: Mùa khô: công suất điện gió là vào mùa khô đến nay lớn hơn so với mùa mưa, bao gồm một số nơi như: khu vực phía Đông của đất nước như: Hải Phòng, Diễn Châu - Nghệ An, Lạng Sơn Đông, từ Hà Tĩnh đến Cà Mau, đặc biệt là từ Tuy Hòa đến Phan Thiết. Mùa mưa: khu vực phía Nam-Tây của đất nước, bên bờ biển Tây và vùng đồng bằng của miền Nam, miền Nam Tây Nguyên, vv, tốc độ gió được tăng cường lên đến 5m / s trong khu vực miền Nam.
Phân bố theo độ cao: Dưới 20m: Tốc độ gió trong điều kiện này là khá thấp, ngoại trừ Hà Tiên, Cà Mau (5m/s) trong mùa mưa. Trên 40m: Đông Lạng Sơn, Hoàng Liên Sơn, Tây Nguyên, v > 4m/s. Trên 60m: v = 7 -> 8 m/s ở Bắc Việt Nam, Ninh Thuận, Bình Thuận and Đồng Nai, Hoàng Liên Sơn và Tây Nguyên 8 Chương 1: Giới thiệu năng lượng gió Hải đảo và ven biển: + Khu vực phía Bắc - từ Cẩm Phả đến Ninh Bình có công suất 500 kWh/m2. + Ninh Thuận -> Bình Thuận, Đồng Nai: 500 kWh/m2.
+ Hà Tiên -> Cà Mau: 700 kWh/m2. + Trường Sa: 2.058 k kWh/m2, Bạch Long Vĩ: 3. Địa điểm tiềm năng: Sơn Hải (Ninh Thuận), Hàm Tiến, Mũi Né (Bình Thuận), nơi không chỉ có gió mạnh mà thời tiết và khí hậu còn ổn định. Bạch Long Vĩ, Trường Sa cũng là nơi thích hợp.
Khu vực cao khác như Tây Nguyên, Tây Nam Bộ. Vùng dọc bờ biển Việt Nam như biển miền Trung. 9 Chương 1: Giới thiệu năng lượng gió Bảng 1.2: Sự phân phối tốc độ (m/s) gió ở Việt Nam trong một năm [4] Tháng Trung TT Địa điểm bình 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 trong năm 1 Bai Chay 4.1 3 Bach Long Vi 7.1 10 Chương 2: Khái niệm về năng lượng gió và mô hình toán học tua-bin gió Chương 2 Khái Niệm Về Năng Lượng Gió Và Mô Hình Toán Học Tua-bin Gió 2.1 Cơ bản về năng lượng gió 2.1 Năng lượng từ gió Hãy xem xét một khối lượng không khí ở vận tốc v qua khu vực A trên một đơn vị thời gian và tốc độ dòng chảy m [6]: Dong chay qua A m .1) thoi gian Hình 2.1: Định nghĩa dòng chảy không khí Động năng của một phần tử chuyển động: 1 2 K .2) 2 và trong trường hợp của năng lượng gió, thế phương trình (2.3) 2 Do đó, phương trình năng lượng là: 1 E A v3dt (2.4) 2 Phương trình (2.3) cho thấy năng lượng gió tỷ lệ thuận với: - Lập phương của tốc độ gió. - Mật độ không khí.
- Diện tích mặt cắt. 11 Chương 2: Khái niệm về năng lượng gió và mô hình toán học tua-bin gió 2.2 Các phương pháp thống kê Các phương pháp thống kê Weibull và Rayleigh được nghiên cứu để khám phá sự phân bố của gió. Phân bố Weibull: Hàm mật độ xác suất gió Weibull: k 1 k v v f v exp k (2.5) cc c trong đó: k là tham số hình dạng, c là tham số quy mô, v là tốc độ gió.2: Hàm mật độ xác suất Weibull (p.f) cho gió với k = 1, 2, 3. Từ đồ thị, k = 2 là phù hợp cho tuabin gió.
Nếu k = 1 thì không hợp lý vì đồ thị đi xuống. Phân bố Rayleigh: Phân bố Weibull p.f với k = 2 được gọi là phân bố Rayleigh. Hàm mật độ xác suất Rayleigh cho gió được mô tả như sau: 2 v 2v f v 2 e c (2.6) c 12 Chương 2: Khái niệm về năng lượng gió và mô hình toán học tua-bin gió Hình 2.3: Hàm mật độ Rayleigh với tham số c khác nhau Từ Hình 2.3, thông số c càng cao, tốc độ gió trung bình càng lớn.f theo tốc độ gió trung bình v là: v v 2 f v exp (2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến năng lượng gió Có một số yếu tố địa hình và loại tua-bin ảnh hưởng đến năng lượng gió. Độ cao: Gọi 𝐻𝑜 is the độ cao gốc (tham khảo), H là độ cao thực tế.
Tương tự, v0 là vận tốc gió tại độ cao gốc và v là vận tốc gió thực tế tại độ cao H. Các phương trình mô tả mối quan hệ giữa tốc độ gió và chiều cao là: v H (2.9) vo H o Trong đó là hệ số ma sát dựa trên địa hình.1 cung cấp một số giá trị đại diện của tương ứng với từng loại địa hình. 13 Chương 2: Khái niệm về năng lượng gió và mô hình toán học tua-bin gió Bảng 2.1: Hệ số ma sát với đặc điểm địa hình khác nhau Đặc điểm địa hình Hệ số ma sát Nền đất cứng mịn, nước yên tĩnh 0.10 Cỏ cao trên mặt đất 0.15 Cây cao, hàng rào và cây bụi 0.20 Vùng quê cây cối rậm rạp, nhiều cây xanh 0.25 Thị trấn nhỏ với cây và bụi cây 0.30 Thành phố lớn với các tòa nhà cao tầng 0.1 cho thấy rằng nếu các địa hình nơi tua-bin gió được xây dựng rộng rãi và ít vật cản, hệ số sẽ nhỏ. Điều này dẫn đến sự thay đổi nhỏ của tốc độ gió hoặc làm giảm sự thay đổi đột ngột về năng lượng gió vì năng lượng gió là tỷ lệ thuận với lập phương tốc độ gió.
Tóm lại, các tua-bin gió nên được xây dựng trong khu vực nông thôn và nhiều cây, nơi năng lượng gió dồi dào và ổn định hơn. Nhiệt độ môi trường và độ cao: Công thức chung cho mật độ không khí: n(mol ).10) V ( m3 ) Trong điều kiện bình thường, các phương trình khí lý tưởng phụ thuộc vào nhiệt độ: PV nRT (2.11) Phương trình, trong đó áp suất phụ thuộc vào độ cao: 4 4 P P0e1.12) Do đó, phương trình cho mật độ không khí có thể được viết lại như sau: 4 e1. Độ dài cánh quạt: Từ phương trình (2.3), công suất tỷ lệ thuận với diện tích mặt cắt mà gió đi qua.14) 4 14 Chương 2: Khái niệm về năng lượng gió và mô hình toán học tua-bin gió Các cánh quạt dài tạo ra khu vực mặt cắt lớn, dẫn đến công suất lớn. Tuy nhiên, nó không phải là hoàn toàn tốt khi chúng ta xây dựng các cánh quạt càng dài càng tốt, bởi vì việc xây dựng tua-bin gió phụ thuộc vào nhiều yếu tố, không chỉ là chiều dài của cánh quạt.
