Chương 1: Giới thiệu chung - Chương 2: Tổng quan hệ thống điện gió - Chương 3: Nghiên cứu điều khiển tối ưu công suất của hệ thống điện tuabin gió - Chương 4: Mô phỏng điều khiển tối ưu công suất của hệ thống điện tuabin gió - Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai 1. Kết luận Nhu cầu sử dụng năng lượng điện của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng là rất lớn. Theo tính toán của Tập đoàn Điện lực Việt Nam - EVN, để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế với tốc độ tăng trưởng từ 7,5% - 8% và thực hiện được mục tiêu đến năm 2020, Việt Nam cơ bản trở thành một nước công nghiệp thì trong 20 năm tới nhu cầu điện sẽ phải tăng từ 15% - 17% mỗi năm [15]. Do đó, việc đầu tư phát triển nguồn điện, trong đó có các nguồn năng lượng tái tạo là vô cùng cần thiết và hiệu quả đối với một quốc gia có nhiều điều kiện tự nhiên thuận lợi như Việt Nam.
Vì vậy, việc nghiên cứu điều khiển tối ưu công suất của hệ thống điện tuabin gió là hết sức cần thiết và cấp bách. 8 Chương 2 Tổng quan hệ thống điện gió 2. Giới thiệu Năng lượng gió có nguồn gốc từ nguồn năng lượng mặt trời và là một trong các nguồn năng lượng thiên nhiên mà đang được đặc biệt quan tâm liên quan đến nhu cầu năng lượng tương lai của thế giới. Hiện tại, năng lượng gió đã mang đến nhiều hứa hẹn, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất năng lượng điện.
Tuy nhiên, nếu muốn đẩy mạnh việc khai thác nguồn năng lượng này trong tương lai, các nhà khoa học cần nghiên cứu nhiều hơn để hoàn chỉnh các công nghệ khai thác và sử dụng. Năng lượng gió được dựa trên nguyên lý là gió sẽ tạo ra sức quay các tuabin và sau đó, sẽ tạo ra năng lượng điện. Các yếu tố hình thành nên nguồn năng lượng gió bao gồm: sự hâm nóng bầu khí quyển quanh mặt trời, sự chuyển vận của trái đất và sự lồi lõm của mặt đất. Các ưu và nhược điểm của nguồn năng lượng gió có thể được liệt kê và phân tích như sau: * Ưu điểm của nguồn năng lượng gió Nguồn năng lượng gió mang đến nhiều ưu điểm mà là lý do chính cho sự phát triển mạnh mẽ của nó trên thế giới trong thời gian gần đây.
Các ưu điểm chính của nguồn năng lượng gió khi được sử dụng cho việc sản xuất năng lượng điện bao gồm: + Năng lượng gió là nguồn nhiên liệu sơ cấp đầu vào vô tận. + Việc xây dựng các dự án nhà máy điện gió sẽ tạo điều kiện cho sự tăng trưởng của nền kinh tế. + Theo đánh giá của Bộ Năng lượng Mỹ rằng trong tương lai giá điện của nguồn điện được khai thác từ nguồn năng lượng gió sẽ rẻ hơn giá điện của các nguồn khác như than đá, dầu diesel hay biomass,. Hiện tại, giá của nguồn năng lượng điện gió dao động từ 4 đến 6 cent/kWh và tùy theo nguồn gió của từng địa phương.
9 + Giảm ô nhiễm không khí và hiệu ứng nhà kính so với các nguồn năng lượng điện khác. * Khuyết điểm của nguồn năng lượng gió - Nguồn năng lượng gió là phụ thuộc nhiều vào điều kiện thiên nhiên. - Công nghệ sản xuất năng lượng điện từ năng lượng gió đang phát triển một cách mạnh mẽ và giá thành của một hệ thống này đã giảm dần từ hơn 10 năm qua nhưng mức đầu tư ban đầu cho nguồn năng lượng này vẫn còn cao hơn mức đầu tư so với các nguồn năng lượng truyền thống khác. - Việc khai thác năng lượng gió để sản xuất năng lượng điện cũng gây ra các ảnh hưởng đến môi trường.
Các ảnh hưởng đó là: + Tiếng ồn được phát ra từ quá trình chuyển động của các tuabin gió; + Sự xáo trộn các luồng sóng trong không khí + Sự xáo trộn hệ sinh thái của các loài chim hoang dã. Năng lượng gió trên thế giới [16], [21] Năng lượng gió phát triển nhanh vào những năm 1990. Tuy nhiên, năng lượng gió có sự phân bố không đồng đều trên thế giới. Đến cuối năm 2012, khoảng 76% công suất là ở Châu Âu, 18% ở Nam Mỹ và 8% ở Châu Á Thái Bình Dương.
Châu Âu Từ cuối năm 2012, có khoảng 76% tuabin gió trên thế giới là ở Châu Âu. Những nước có công suất lắp đặt lớn nhất là Đức, Đan Mạch và Tây Ban Nha. Theo đó, tổ chức EEG (Erneuerbare Energien Gesetz) của Đức quy định mức giá từ hệ thống năng lượng gió của năm 2012 là: 8,8 eurocents/kWh cho 3 năm đầu tiên và 5,9 eurocents/kWh cho những năm tiếp theo. Chính phủ Đức thường xuyên thay đổi mức giá mua năng lượng điện gió và khuyến khích phát triển nguồn năng lượng gió ngoài khơi.
Bắc Mỹ Sau khi năng lượng điện gió phát triển bùng nổ ở California vào giữa những năm 1980, nó đã phát triển chậm lại ở Bắc Mỹ. Tuy nhiên, vào năm 1998, nhiều dự án năng lượng điện gió đã được phát triển trở lại với công suất hơn 800MW. Cùng với sự thành công từ năng lượng gió của Mỹ, Canada cũng đã lắp đặt các nhà máy điện gió đầu tiên. Nam và Trung Mỹ Với các rào cản về chính sách, năng lượng điện gió tại các vùng Nam và Trung Mỹ đã không phát triển một cách mạnh mẽ.
Mặc dù, theo các khảo sát và đánh giá, đây là hai vùng có tiềm năng của nguồn năng lượng gió rất lớn. Bên cạnh đó, nhiều dự án phát triển năng lượng gió ở Nam Mỹ cũng đã được ủng hộ từ chương trình hỗ trợ quốc tế nhưng chỉ thu được những thành công một cách khiêm tốn. Châu Á Thái Bình Dương - Năm 1993, Ấn Độ đã đạt được sự phát triển ấn tượng về việc lắp đặt các hệ thống điện tuabin gió. Chính phủ đã bắt đầu tạo nhiều cơ hội khuyến khích đầu tư vào nguồn năng lượng này hơn.
Tại Ấn Độ, Bộ Năng lượng tái tạo và Năng lượng mới được giao nhiệm vụ sẽ là đơn vị điều hành việc lắp đặt các hệ thống năng lượng điện gió ngoài khơi. Cột mốc đánh dấu sự phát triển mới của năng lượng gió ngoài khơi tại Ấn Độ với hệ thống cối xay gió trải dài 200 hải lý từ đất liền. Trên thực tế, tiềm năng năng lượng gió tại Ấn Độ rất lớn những vẫn chưa được khai thác một cách triệt để. Hiện tại, Ấn Độ mới chỉ chú trọng hệ thống năng lượng gió trên đất liền.
Hệ thống này đang cung cấp 23GW cho nhu cầu tiêu thụ điện trên cả nước. So với năng lượng gió trên đất liền, hệ thống năng lượng gió ngoài khơi cần nhiều chi phí cho lắp đặt hơn nên nguồn năng lượng vô tận này vẫn chưa được khai thác một cách triệt để. Chính phủ Ấn Độ rất hy vọng vào công nghiệp năng lượng gió ngoài khơi sẽ thành công và gặt hái được những thành tựu lớn như ngành công nghiệp gió đất 11 liền đã đạt được. Đại diện chính phủ cho biết: “Với sự ra mắt của Chính sách năng lượng gió ngoài khơi, Ấn Độ sẽ cố gắng để lặp lại thành công như đã làm với ngành công nghiệp gió đất liền.” Hệ thống điện năng lượng gió ngoài khơi sẽ tiếp tục đóng góp cho an ninh điện quốc gia và giúp Ấn Độ hoàn thành những chỉ tiêu năng lượng to lớn đã đặt ra.
- Trung Quốc đang đầu tư lớn vào năng lượng sạch để đáp ứng các mục tiêu khí hậu và làm sạch thành phố ô nhiễm. Theo một báo cáo gần đây, Trung Quốc đã lắp đặt 30,5 GW năng lượng điện gió vào năm 2015, chiếm gần một nửa trong số tất cả các hệ thống năng lượng điện gió được lắp đặt trên toàn cầu. Quốc gia đông dân nhất trên thế giới đã đánh bại Mỹ về công suất năng lượng điện gió lắp đặt với gần 8,6 GW. Vị trí thứ ba là Đức 6,1 GW.
Kế đến, Brazil và Ấn Độ mỗi nước là 2,6 GW. Công ty năng lượng GlobalData cho biết rằng kế hoạch tương lai của Trung Quốc là nâng mục tiêu lắp đặt năng lượng gió đến năm 2020 vào khoảng 250 GW. Sau đó, chuyển trọng tâm từ việc mở rộng quy mô hướng tới chất lượng và hiệu quả. GlobalData dự đoán rằng Trung Quốc sẽ duy trì vị trí là quốc gia hàng đầu về công suất năng lượng gió được lắp đặt, 23 GW vào năm 2016.
Công suất năng lượng điện gió này được dự đoán sẽ tăng gấp ba lần vào năm 2030, tức là khoảng 495 GW. - Nhật phát triển vượt trội hơn với các dự án thử nghiệm tuabin gió công nghệ cao. Cuối năm 1990, dự án về năng lượng gió đầu tiên đã bắt đầu hoạt động tại đảo Hokkaido và Okinawa. Công suất năng lượng điện gió tại Nhật dự kiến sẽ tăng gấp 3 khi 2 nhà phát triển lớn nhất bao gồm Eurus Energy Holdings và Electric Power Development đầu tư 10 tỉ yên vào lắp đặt hệ thống mới.
Đầu tư này sẽ giúp việc sản xuất năng lượng điện từ năng lượng gió tương đương với 10 lò phản ứng hạt nhân. Hai nhà phát triển trên dự định sẽ đầu tư 60 tỷ yên, tương đương 528 triệu USD vào các cơ sở mới vào năm 2020. Nhằm đạt được mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính, chính phủ Nhật đang tìm cách tăng cường sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo trừ thủy điện. Nhật lên kế hoạch tăng tỉ trọng năng lượng tái tạo từ 3% lên 15% đến năm 2030.
12 Năng lượng gió được xem là hiệu quả hơn năng lượng mặt trời, bởi nguồn năng lượng này cung cấp gần gấp đôi công suất sử dụng. Các tuabin gió lại có thể được lắp đặt cả ngoài khơi và gần bờ, không gặp phải hạn chế về diện tích như các loại nhà máy điện khác và cũng không đòi hỏi hỗ trợ từ các nguồn nhiên liệu khác. Tuy vậy, theo Cơ quan năng lượng thế giới (IEA), điện gió chỉ đáp ứng được 0,5% nhu cầu điện tại Nhật vào năm 2014, thấp hơn rất nhiều so với mức 39% của Đan Mạch; 9,6% của Đức; 4,4% của Mỹ và 2,8% của Trung Quốc. Nguyên nhân dẫn đến việc này một phần cũng bởi quy trình phê duyệt kéo dài từ 4 - 5 năm.
Thêm vào đó, các doanh nghiệp nước ngoài cũng bắt đầu đầu tư vào năng lượng gió tại Nhật Bản. Công ty Pattern Energy, một doanh nghiệp phát triển điện gió lớn tại Mỹ dự định lắp đặt các tuabin với tổng công suất 1 triệu kW vào năm 2020, dự kiến bắt đầu với 126.000 kW ở phía Bắc quận Aomori, đây sẽ là cụm nhà máy lớn nhất tại Nhật Bản tính đến thời điểm hiện tại.
