Tài liệu Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Luận văn ThS. Khoa học môi trường và bảo vệ môi trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- TRẦN THỊ BÉ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG GIÓ VÙNG BIỂN VEN BỜ VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- TRẦN THỊ BÉ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG GIÓ VÙNG BIỂN VEN BỜ VIỆT NAM Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. DƯ VĂN TOÁN Hà Nội - Năm 2013 Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. Đặt vấn đề .................................................................................................... 1 2. Mục tiêu của đề tài ...................................................................................... 2 3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 2 Chương 1 - TỔNG QUAN ........................................................................................3 1.1. Tổng quan về năng lượng gió .................................................................. 3 1.2. Hiện trạng phát triển điện gió trên thế giới........................................... 3 1.2.1. Hiện trạng phát triển điện gió .....................................................................3 1.2.2. Hiện trạng phát triển điện gió ngoài khơi...................................................5 1.2.3. Hiện trạng phát triển công nghệ tua-bin gió ...............................................6 1.3. Hiện trạng phát triển điện gió ở Việt Nam ............................................ 8 1.3.1. Vai trò của điện gió ở Việt Nam ................................................................8 1.3.2. Các dự án điện gió hiện nay ở Việt nam ..................................................11 1.3.3. Quy hoạch phát triển điện gió toàn quốc..................................................14 1.3.4. Một số nghiên cứu đánh giá tiềm năng năng lượng gió ở Việt Nam .......17 1.4. Tổng quan về khu vực nghiên cứu ....................................................... 22 1.4.1. Đặc điểm chung ........................................................................................22 1.4.2. Đặc điểm của chế độ gió ..........................................................................23 Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................26 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu......................................................... 26 2.2. Phương pháp nghiên cứu....................................................................... 27 2.2.1. Phương pháp tính toán tốc độ gió ở các độ cao khác nhau ......................27 2.2.2. Phương pháp tính toán mật độ năng lượng gió ........................................37 2.2.3. Phương pháp xây dựng sơ đồ phân bố tiềm năng năng lượng gió ...........42 2.2.4. Phương pháp đánh giá tiềm năng năng lượng gió ....................................44 Trần Thị Bé i K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Chương 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................47 3.1. Kết quả tính toán tốc độ gió tại các độ cao khác nhau ....................... 47 3.2. Kết quả tính toán mật độ năng lượng gió ............................................ 52 3.3. Kết quả xây dựng sơ đồ phân bố tiềm năng năng lượng gió ............. 60 3.4. Đánh giá tiềm năng năng lượng gió...................................................... 61 3.4.1. Đánh giá tiềm năng năng lượng gió theo tốc độ gió ................................61 3.4.2. Đánh giá tiềm năng năng lượng gió theo mật độ năng lượng gió ............64 3.5. Một số giải pháp nhằm khai thác điện gió trên biển .......................... 67 3.5.1. Giải pháp về thị trường.............................................................................67 3.5.2. Giải pháp về kỹ thuật công nghệ ..............................................................68 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .........................................................................71 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 71 KHUYẾN NGHỊ ............................................................................................. 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................73 Trần Thị Bé ii K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Công suất và tốc độ gia tăng điện gió ở một số nước trên thế giới trong giai đoạn 2010 - 2012 [28] ..........................................................................................5 Bảng 2: Công suất điện gió ngoài khơi ở một số nước trên thế giới trong giai đoạn 2009 - 2012 [28] ..........................................................................................................6 Bảng 3: Phân loại tua-bin gió theo công suất [12] .....................................................8 Bảng 4: Thống kê diện tích tiềm năng gió lý thuyết theo tỉnh (km2) [14] ...............15 Bảng 5: Thống kê diện tích tiềm năng gió kỹ thuật theo tỉnh (km2) [14] ................16 Bảng 6: Tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam tại độ cao 65 m theo Atlas gió năm 2001 [26] ...........................................................................................................19 Bảng 7: Tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam tại độ cao 80m theo Atlas gió năm 2010 [14] ...........................................................................................................19 Bảng 8: Danh sách các trạm khí tượng vùng duyên hải và hải đảo dùng để khai thác số liệu về tốc độ gió tầng thấp [3, 10] .......................................................................30 Bảng 9: Tốc độ gió thực và tốc độ gió tách lặng trung bình theo mùa, năm tại các trạm khí tượng vùng duyên hải và hải đảo, độ cao 10m [3, 10] ...............................32 Bảng 10: Bảng phân loại địa hình và độ gồ ghề khu vực các trạm khí tượng vùng duyên hải và hải đảo [3] ............................................................................................34 Bảng 11: Hệ số mẫu năng lượng K ở các trạm đo gió [3] ........................................41 Bảng 12: Phân cấp năng lượng gió của Cục Năng lượng Hoa Kỳ [4] .....................44 Bảng 13: Phân cấp tài nguyên gió trên biển Châu Âu [4] ........................................45 Bảng 14: Phân cấp tài nguyên gió Đông Nam Á ở độ cao 30 và 65m [26] .............45 Bảng 15: Phân cấp năng lượng gió theo tốc độ gió và mật độ năng lượng gió........46 Bảng 16: Kết quả tính toán tốc độ gió ở các độ cao 50m, 100m và 150m tại các trạm khí tượng đo gió ................................................................................................48 Bảng 17: Tốc độ gió trung bình năm thay đổi theo độ cao ......................................51 Bảng 18: Kết quả tính toán mật độ năng lượng gió trung bình theo mùa, năm tại các trạm khí tượng đo gió ................................................................................................53 Bảng 19: Danh mục các sơ đồ phân bố tiềm năng năng lượng gió ..........................61 Trần Thị Bé iii K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Tổng công suất lắp đặt điện gió trên thế giới trong giai đoạn 1997 - 2012 (MW) [28] ...................................................................................................................4 Hình 2: Một số hình ảnh về các dự án điện gió ở Việt Nam ....................................13 Hình 3: Atlas tiềm năng gió của Việt Nam năm 2001 và năm 2010 .......................20 Hình 4: Bản đồ tiềm năng năng lượng gió trên Biển Đông và biển ven bờ Việt Nam, độ cao 80m [8] .................................................................................................21 Hình 5: Bản đồ các tỉnh, thành phố ven biển Việt Nam [6] .....................................23 Hình 6: Hoa gió tại trạm khí tượng ở một số hòn đảo [8] ........................................24 Hình 7: Khu vực nghiên cứu ....................................................................................27 Hình 8: Sơ đồ phân bố tốc độ gió trung bình năm ở vùng biển ven bờ Việt Nam tại độ cao 10m và 100m .................................................................................................62 Hình 9: Sơ đồ phân bố mật độ năng lượng gió trung bình năm ở vùng biển ven bờ Việt Nam tại độ cao 100m ........................................................................................65 Hình 10: Sơ đồ phân bố mật độ năng lượng gió trung bình theo mùa ở vùng biển ven bờ Việt Nam tại độ cao 100m.............................................................................67 Hình 11: Cấu tạo công trình điện gió trên biển [2] ..................................................69 Hình 12: Tua-bin gió trục ngang và trục đứng được lắp đặt trên biển .....................70 Trần Thị Bé iv K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Hiện nay, cùng với sự phát triển kinh tế và gia tăng dân số dẫn đến tốc độ sử dụng năng lượng ngày càng tăng, làm cho các nguồn năng lượng truyền thống ngày càng trở nên khan hiếm. Một trong những vấn đề về năng lượng là sự thiếu hụt điện do việc sử dụng điện ngày càng gia tăng nhằm phục vụ cho các nhu cầu như sản xuất, sinh hoạt và các mục đích khác. Do vậy, trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng cần có các chiến lược trung và dài hạn nhằm đảm bảo an ninh năng lượng bằng cách khai thác tiết kiệm, hiệu quả và giảm thiểu sự phụ thuộc vào những nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu khí, thủy điện…. , đồng thời mở rộng ứng dụng các nguồn năng lượng mới, đặc biệt ưu tiên phát triển các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió, mặt trời, thủy triều, sinh khối.… Việt Nam là nước có hơn 3000km đường bờ biển và nằm trong khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên được đánh giá là một trong những quốc gia có tiềm năng năng lượng gió khá tốt. Tuy nhiên, hiện nay các dự án điện gió ở Việt Nam vẫn chưa thu hút được các nhà đầu tư trong và ngoài nước, điện gió vẫn chưa phát huy được hết tiềm năng của mình. Nhận thấy việc cần thiết nhằm phát triển điện gió ở nước ta, ngày 29/06/2011 Thủ tướng Chính phủ đã có Quyết định số 37/2011/QĐTTg Về cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án điện gió tại Việt Nam, và ngày 21/07/2011 Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến 2030 (Quy hoạch điện VII), theo đó đến năm 2020 nước ta sẽ có 1.000MW điện gió và đến năm 2030 là 6.200MW công suất nguồn điện gió. Vùng biển nước ta có diện tích rộng hơn 1 triệu km2 và có nhiều vùng biển nông. Mặt khác, theo nguồn số liệu về gió được thu thập chủ yếu từ các trạm khí tượng thuỷ văn, tốc độ gió trung bình năm đo được từ các trạm ở trong đất liền tương đối thấp, khoảng 2-3m/s. Tuy nhiên, ở khu vực ven biển có tốc độ gió cao hơn, từ 3-5m/s. Ở khu vực các đảo, tốc độ gió trung bình có thể đạt tới 5-8m/s. Do đó, có thể nói ở vùng biển ven bờ và các hải đảo của nước ta có tiềm năng khá tốt Trần Thị Bé 1 K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam để phát triển điện gió. Ngoài ra, các nhà máy điện gió trên đất liền chiếm dụng khá nhiều đất đai, trong khi đó không gian trên mặt biển vẫn chưa được khai thác nhiều. Do vậy, việc nghiên cứu đánh giá tiềm năng năng lượng gió trên biển nhằm xác định các khu vực phù hợp để xây dựng nhà máy điện gió là rất cần thiết. Đó là lý do tôi chọn đề tài: “Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam” 2. Mục tiêu của đề tài Bước đầu áp dụng các phương pháp tính toán năng lượng gió để tính tiềm năng năng lượng gió lý thuyết cho vùng biển ven bờ Việt Nam. Qua đó nhằm xác định ra những khu vực phù hợp để xây dựng các nhà máy điện gió trên biển và đề xuất một số giải pháp để khai thác nguồn năng lượng này. 3. Nội dung nghiên cứu - Tính toán tốc độ gió ở các độ cao khác nhau (50m, 100m, 150m), tính toán mật độ năng lượng gió trung bình cả năm và trong hai mùa (mùa hạ và mùa đông) ở các độ cao khác nhau tại các vị trí được lựa chọn trong khu vực nghiên cứu. - Vẽ các sơ đồ phân bố tốc độ gió, mật độ năng lượng gió trong khu vực nghiên cứu. - Đánh giá tiềm năng năng lượng gió lý thuyết ở vùng biển ven bờ Việt Nam. - Đề xuất một số giải pháp nhằm khai thác điện gió trên biển. Trần Thị Bé 2 K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Chương 1 - TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về năng lượng gió Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển trái đất, đây là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. Năng lượng gió là một nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái tạo. Con người từ lâu đã biết sử dụng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm, khinh khí cầu hoặc cối xay gió. Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành sau khi ra đời các phát minh về điện và máy phát điện. Từ sau cuộc khủng hoảng dầu lửa vào những năm 1970, việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác nhau được đẩy mạnh trên toàn thế giới, kể cả việc phát triển các tua-bin gió hiện đại. Nguyên lý phát điện từ năng lượng gió như sau: tua-bin gió biến động năng của gió thành động năng của tua-bin, chuyển động quay của tua-bin dẫn đến chuyển động quay của máy phát điện và tạo ra điện. Để truyền điện đi xa hơn, người ta dùng máy biến thế để tăng hiệu điện thế. Điện năng được truyển tải đi đến nơi sử dụng qua đường dây tải điện. 1.2. Hiện trạng phát triển điện gió trên thế giới 1.2.1. Hiện trạng phát triển điện gió Từ sau cuộc khủng hoảng dầu lửa trong thập niên 70 của thế kỷ 20, việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác, nhất là từ gió, được đẩy mạnh trên toàn thế giới. Điện gió cũng là một trong những công nghệ phát điện bằng năng lượng tái tạo với giá thành tương đối thấp và có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất trên thế giới hiện nay. Theo Báo cáo Năng lượng gió thế giới năm 2012 [28] của Hiệp hội Năng lượng gió thế giới (World Wind Energy Association - WWEA) cho biết: Trong năm 2012, trên toàn thế giới mới lắp đặt thêm được 44.609MW điện gió, nâng tổng công suất lắp đặt của điện gió đạt 282. 275MW (Hình 1), đóng góp khoảng 580 TWh điện mỗi năm, đáp ứng 3% nhu cầu tiêu thụ điện trên toàn thế giới, doanh thu từ điện gió ước tính là 75 tỷ USD. Trần Thị Bé 3 K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Tốc độ tăng trưởng của điện gió trong năm 2012 trên toàn thế giới là 19,3%, đây là mức tăng thấp nhất trong 10 năm trở lại đây. Trong đó, châu Á là khu vực dẫn đầu về công suất điện gió mới được lắp đặt (chiếm 36,3% toàn thế giới), tiếp theo là Bắc Mỹ (31,3%) và châu Âu (27,5%), còn lại là các khu vực khác: châu Mỹ Latinh (3,9%), Australia (0,8%) và châu Phi (0,2%). WWEA cũng dự đoán công suất điện gió trên toàn thế giới có thể sẽ đạt 500.000MW vào năm 2016 và đạt ít nhất là 1.000.000MW vào cuối năm 2020. Hình 1: Tổng công suất lắp đặt điện gió trên thế giới trong giai đoạn 1997 - 2012 (MW) [28] Hiện nay, trên thế giới có 100 nước đang sử dụng điện gió. Trong đó, 10 nước đứng đầu về công suất điện gió là: Trung Quốc, Mỹ, Đức, Tây Ban Nha, Ấn Độ, Anh, Italy, Pháp, Canada, Bồ Đào Nha. Chỉ riêng 10 nước này đã chiếm 86% công suất điện gió trên toàn thế giới. Việt Nam là nước có công suất điện gió đứng thứ 59/100 theo xếp loại của WWEA, thể hiện trong bảng sau: Trần Thị Bé 4 K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Bảng 1: Công suất và tốc độ gia tăng điện gió ở một số nước trên thế giới trong giai đoạn 2010 - 2012 [28] Vị trí năm 2012 Quốc gia Tổng công Tổng công Tổng công suất năm suất năm suất năm 2010 2011 2012 (MW) (MW) (MW) Công suất gia tăng năm 2012 (MW) Tỷ lệ gia tăng năm 2012 (%) 1 Trung Quốc 44.733 62.364 75.324 12.960 20,8 2 Mỹ 40.180 46.883 59.882 12.990 27,6 3 Đức 27.215 28.893 31.308 2.415 7,7 4 Tây Ban Nha 20.676 21.674 22.796 1.122 5,2 5 Ấn Độ 13.065 15.880 18.321 2.441 15,4 6 Anh 5.203,8 6.548 8.445 1.897 40,3 7 Italy 5.797 6.871 8.144 1.273 20,9 8 Pháp 5.660 6.716 7.473 757 14,1 9 Canada 4.008 5.265 6.201 936 17,8 10 Bồ Đào Nha 3.702 4.380 4.525 145 10,8 58 Philippines 33,0 33,0 33,0 0,0 0,0 59 Việt Nam 31,0 31,0 31,0 0,0 0,0 …. 1.2.2. Hiện trạng phát triển điện gió ngoài khơi Điện gió ngoài khơi ở đây được hiểu là điện gió được xây dựng trên mặt nước, bao gồm cả trên biển và các hồ trong lục địa. Từ một tua-bin gió đầu tiên được xây dựng ngoài khơi ở Thụy Điển vào năm 1990 với công suất 300kW, qua 15 năm phát triển rất chậm, đến năm 2005 các công trình điện gió ngoài khơi đã tăng mạnh. Năm 2006 đã có 18 dự án điện gió ngoài khơi được xây dựng trên toàn thế giới với tổng công suất 804MW. Đến cuối năm 2012, theo báo cáo Năng lượng gió thế giới năm 2012 của WWEA, toàn thế giới có 5.426MW điện gió ngoài khơi chiếm tỷ lệ 4,3% trong tổng công suất điện gió, trong đó có 1.903 KW mới lắp đặt trong năm 2012, tốc độ tăng trưởng của điện gió ngoài Trần Thị Bé 5 K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam khơi trong năm 2012 lên tới 54%, trong đó Vương quốc Anh là quốc gia có mức tăng trưởng điện gió ngoài khơi lớn nhất với 1.423MW điện gió mới được lắp đặt trong năm 2012. Hiện nay, có 13 nước trên thế giới có điện gió ngoài khơi (Bảng 2), đứng đầu là 5 nước: Anh, Đan Mạch, Trung Quốc, Bỉ, Đức. Bảng 2: Công suất điện gió ngoài khơi ở một số nước trên thế giới trong giai đoạn 2009 - 2012 [28] Vị trí năm 2012 Quốc gia 1 Anh 2 Đan Mạch 3 Tổng công Tổng công Tổng công suất năm suất năm suất năm 2009 2010 2011 (MW) (MW) (MW) Công suất gia tăng năm 2012 (MW) Tổng công suất năm 2012 (MW) 688 1.341 1.524,6 1.423,3 2.947,9 663,6 854 857,6 63,4 921 Trung Quốc 23 123 222,3 167,3 389,6 4 Bỉ 30 195 195 184,5 379,5 5 Đức 72 107 215,3 65 280,3 6 Hà Lan 247 249 249 0 249 7 Thụy Điển 164 164 164 0 164 8 Phần Lan 30 30 30 0 30 9 Nhật Bản 1 2 25,2 0,1 25,3 10 Ireland 25 25 25 0,2 25,2 11 Tây Ban Nha 10 10 10 0 10 12 Na Uy 2,3 2,3 2,3 0 2,3 13 Bồ Đào Nha 2 2 2 0 2 1.955,9 3.102,3 3.522,3 1.903,8 5.426,1 Tổng cộng 1.2.3. Hiện trạng phát triển công nghệ tua-bin gió 1.2.3.1. Phân loại tua-bin gió Bắt đầu từ những cối xay gió xa xưa, hiện nay với sự phát triển nhanh chóng về công nghệ và vật liệu, trên thế giới đã xuất hiện nhiều loại tua-bin gió khác nhau, Trần Thị Bé 6 K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam về cơ bản có thể chia chúng thành 2 loại chính: loại trục đứng và loại trục ngang, dựa vào định hướng trục quay của cánh quạt. * Tua-bin gió trục đứng: Tua-bin gió trục đứng có thể đón gió từ mọi hướng nên hiệu quả cao hơn, cùng với cấu tạo đơn giản, các bộ phận đều có kích thước không quá lớn nên vận chuyển và lắp ráp dễ dàng, độ bền cao, duy tu bảo dưỡng đơn giản. Tuy nhiên, loại tua-bin này cũng có nhiều hạn chế nên không được phổ biến rộng rãi, chẳng hạn như: - Khó có thể đặt tua-bin thẳng đứng trên tháp cao, chỉ đặt được ở các vị trí thấp như mặt đất hoặc nóc các tòa nhà nơi có độ cao thấp, tua-bin phải hoạt động trong dòng không khí xáo động nhiều hơn, ở gần mặt đất có tốc độ gió thấp hơn nên năng lượng thu được rất thấp. Do đó công suất hoạt động của tua-bin trục đứng thấp hơn. - Tua-bin trục đứng phải sử dụng các dây chằng để giữ cho hệ thống đứng yên, đáy chịu toàn bộ trọng lượng của rotor nằm trên trụ. Các dây chằng được nối với đỉnh trụ làm giảm áp lực hướng xuống mỗi khi gió giật. Với rotor đặt gần mặt đất là nơi tốc độ gió thấp hơn do cản trở bề mặt địa hình, tua-bin trục đứng không sản xuất được nhiều điện như tua-bin trục ngang ở cùng độ cao. * Tua-bin gió trục ngang: Đây là loại tua-bin gió đang được thương mại hóa và sử dụng rộng rãi hiện nay. Loại này thường có 3 cánh, đôi khi cũng có 2 cánh và có cả loại 1 cánh. Tuabin gió 3 cánh quạt hoạt động theo chiều gió với bề mặt cánh quạt hướng về chiều gió đang thổi. Tua-bin gió trục ngang có ưu điểm là có bệ tháp cao cho phép tua-bin gió trục ngang tiếp cận gió mạnh hơn khi hướng gió hoặc tốc độ gió thay đổi. 1.2.3.2. Công suất các loại tua-bin gió Hiện nay có nhiều loại tua-bin gió với công suất lớn nhỏ khác nhau, theo công suất có thể chia tua-bin gió thành các loại như bảng sau: Trần Thị Bé 7 K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Bảng 3: Phân loại tua-bin gió theo công suất [12] Loại Công suất Đường kính rotor Nhỏ 10 - 50kW 5 – 16m Trung bình 50 - 500kW 16 – 45m Lớn 0,5 - 10 MW 45 – 130m Các tua-bin gió loại nhỏ có công suất dưới 50kW có thể tự điều chỉnh theo hướng gió, hoạt động được với tốc độ gió thấp thường được sử dụng cho hộ gia đình, viễn thông hoặc bơm nước, đôi khi cũng dùng để nối với máy phát diezen, pin và hệ thống quang điện. Các hệ thống này được gọi là hệ thống lai ghép và điển hình là sử dụng cho các vùng sâu, vùng xa, những địa phương chưa có điện hoặc những nơi mà mạng điện không thể nối tới các khu vực này. Các tua-bin gió phát điện thường có công suất khá lớn từ 0,5 - 10MW. Tuy nhiên, cho đến nay loại tua-bin gió phát điện có công suất vừa từ 800kW đến 2.500kW được ứng dụng phổ biến nhất. Để có dãy công suất tua-bin gió lớn hơn, các tua-bin gió thường được xây dựng thành cụm, tạo thành các trang trại điện gió phát điện với qui mô công suất thường từ 20 - 100MW và có khả năng cung cấp năng lượng lớn hơn cho lưới điện. Các tua-bin gió có công suất lớn thường phát điện để nối với lưới điện quốc gia. Do nhiều hạn chế, hiệu suất năng lượng của tua-bin chỉ đạt tối đa khoảng 59% so với tiềm năng năng lượng gió tự nhiên. Tuy nhiên, sau 20 năm do những tiến bộ trong thiết kế, hiệu suất ngày nay đã có thể tăng lên tới 80% do kỹ thuật cánh quạt máy bay đã được áp dụng trong thiết kế cánh quạt tua-bin. 1.3. Hiện trạng phát triển điện gió ở Việt Nam 1.3.1. Vai trò của điện gió ở Việt Nam 1.3.1.1. Cung ứng điện năng, đảm bảo an ninh năng lượng Ở Việt Nam, tình trạng khó khăn về nguồn than đá được dự báo đã rất cận kề (năm 2012 bắt đầu phải nhập khẩu với số lượng lớn để phục vụ các nhà máy nhiệt điện), nguồn dầu mỏ cũng không còn nhiều kể từ năm 2030 trở đi. Với những dự án Trần Thị Bé 8 K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam điện hiện có, kể cả nhà máy điện hạt nhân với công suất 4.000MW, thì từ 10 đến 20 năm tới, Việt Nam vẫn thiếu điện. 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. Theo dự báo của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), 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 327.000 GWh. 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 165.000 GWh (năm 2020) và 208.000 GWh (năm 2030). 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 EVN 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. Vì thế, Việt Nam cần có chiến lược đảm bảo an ninh năng lượng bằng cách một mặt mở rộng khai thác những nguồn năng lượng truyền thống; mặt khác, thậm chí còn quan trọng hơn, phát triển các nguồn năng lượng mới, đặc biệt là các nguồn năng lượng sạch và tái tạo, điển hình như năng lượng gió. 1.3.1.2. Lợi ích về mặt môi trường - sinh thái và xã hội Năng lượng gió được đánh giá là nguồn năng lượng thân thiện với môi trường và ít gây ảnh hưởng xấu về mặt xã hội. Khi tính đầy đủ cả các chi phí ngoài (là những chi phí phát sinh bên cạnh những chi phí sản xuất truyền thống) thì lợi ích của việc sử dụng năng lượng gió càng trở nên rõ rệt. So với các nguồn năng lượng gây ô nhiễm (như ở các nhà máy nhiệt điện dùng than) hay phải phá rừng, chiếm dụng đất đai, di dời dân với quy mô lớn (như các nhà máy thủy điện lớn) hoặc tiềm ẩn nguy cơ xảy ra các sự cố rò rỉ phóng xạ (như các nhà máy điện hạt nhân), khi sử dụng năng lượng gió, người dân không phải chịu thiệt hại do thất thu hoa màu hay tái định cư, và họ cũng không phải chịu thêm chi phí y tế và chăm sóc sức khỏe do ô nhiễm môi trường. Trần Thị Bé 9 K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Ngoài ra, năng lượng gió giúp đa dạng hóa các nguồn năng lượng, tránh phụ thuộc vào một hay một số ít nguồn năng lượng chủ yếu như năng lượng hóa thạch, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu, góp phần giữ vốn đầu tư nội địa. Do đó, năng lượng gió giúp phân tán rủi ro và tăng cường an ninh năng lượng. 1.3.1.3. Ưu điểm của điện gió trên biển so với trên đất liền Cho tới nay, phần lớn những nhà máy điện gió đều ở trên đất liền. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các nhà máy điện gió đã được xây dựng. So với điện gió trên đất liền, điện gió trên biển có những ưu điểm sau: - Tiềm năng năng lượng gió trên biển lớn hơn nhiều so với trên đất liền. Theo nguồn số liệu về gió được thu thập chủ yếu từ các trạm khí tượng thuỷ văn, tốc độ gió trung bình năm đo được từ các trạm ở trong đất liền tương đối thấp, khoảng 2-3m/s. Tuy nhiên, ở khu vực ven biển có tốc độ gió cao hơn, từ 3-5m/s. Ở khu vực các đảo, tốc độ gió trung bình có thể đạt tới 5-8m/s. Do đó, có thể nói vùng biển và các hải đảo ở nước ta có tiềm năng khá tốt để phát triển điện gió. - Trên đất liền địa hình và mặt đệm khá đa dạng dẫn đến tốc độ gió phân bố rất phức tạp, phụ thuộc rất lớn vào đặc điểm và độ gồ ghề của lớp bề mặt, không chỉ làm chậm việc tốc độ gió tăng theo độ cao mà còn có thể tạo ra sự khác nhau rất nhiều trên một khu vực không lớn. Việc chọn địa điểm để đặt tua-bin gió trở nên khó khăn, dễ dẫn đến năng lượng thực thấp hơn dự báo hoặc ngược lại. Đối với ngoài khơi do bề mặt thoáng, đồng đều nên tốc độ gió không bị ảnh hưởng bởi địa hình. - Cho đến nay, vùng ven biển đều là những khu vực phát triển, bao gồm các thành phố, khu công nghiệp, khu dân cư tập trung. Đó chính là những khu vực tiêu thụ lớn nguồn điện năng, mạng lưới tải điện cũng phát triển. Như vậy các nhà máy điện gió trên biển sẽ gần các trung tâm tiêu thụ và dễ dàng kết nối với mạng điện quốc gia, giảm chi phí và tiêu hao do truyền tải điện. Trần Thị Bé 10 K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam 1.3.2. Các dự án điện gió hiện nay ở Việt nam 1.3.2.1. Các dự án điện gió có nối lưới Theo thống kê, đến tháng 9 năm 2012, có tổng cộng 77 dự án điện gió quy mô công nghiệp đã được đăng ký tại 18 tỉnh thành với tổng công suất đăng ký là 7.234MW (công suất đăng ký giai đoạn 1 là 1.488MW) [5]. Khu vực tập trung chủ yếu là ở các tỉnh miền Nam Trung Bộ và Nam Bộ, với tổng công suất đăng ký gần 5.000MW, quy mô công suất của mỗi dự án từ 6MW đến 250MW. Nhìn chung, các dự án và các nhà đầu tư điện gió tập trung nhiều nhất trên địa bàn 2 tỉnh Bình Thuận và Ninh Thuận, đây cũng là 2 tỉnh được đánh giá có tiềm năng gió dồi dào nhất Việt Nam. Tỉnh Bình Thuận hiện có đến 18 nhà đầu tư, đăng ký 22 dự án điện gió với tổng công suất đăng ký gần 1.700MW [14]. Ngày 16/8/2012 Bộ Công Thương đã có Quyết định số 4715/QĐ-BCT về việc phê duyệt “Quy hoạch phát triển điện gió tỉnh Bình Thuận giai đoạn 2011 - 2020, tầm nhìn đến năm 2030” với các nội dung: đến năm 2020, tổng công suất lắp đặt đạt xấp xỉ 700MW với sản lượng điện gió tương ứng 1.500 triệu kWh; đến năm 2030, dự kiến công suất lắp đặt tích luỹ đạt khoảng 2.500MW với sản lượng điện gió tương ứng là 5.475 triệu kWh. Tỉnh Ninh Thuận hiện có 13 nhà đầu tư, đăng ký 16 dự án điện gió với tổng công suất đăng ký hơn 1.100MW [14]. Ngày 23/4/2013, Bộ Công Thương đã phê duyệt “Quy hoạch phát triển điện gió tỉnh Ninh Thuận giai đoạn 2011-2020, tầm nhìn đến năm 2030” tại Quyết định số 2574/QĐ-BCT với các nội dung: đến năm 2015, dự kiến công suất lắp đặt khoảng 90MW với sản lượng điện gió tương ứng là 197 triệu kWh; đến năm 2020, dự kiến công suất lắp đặt tích lũy đạt khoảng 220MW với sản lượng điện gió tương ứng là 482 triệu kWh. Tại Việt Nam hiện nay đang có một số dự án điện gió nối lưới điển hình như sau: Trần Thị Bé 11 K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam * Dự án điện gió số 1 Bình Thuận [19]: Dự án điện gió số 1 Bình Thuận do Công ty Cổ phần Tái tạo Năng lượng Việt Nam (REVN) làm chủ đầu tư, xây dựng ở xã Bình Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận. Toàn bộ dự án, khi hoàn thành, sẽ có 80 tua-bin với tổng công suất 120MW, sử dụng công nghệ của hãng Furlaender (Đức). Giai đoạn 1 của dự án gồm 20 tua-bin gió, chiều cao cột tháp là 85m, đường kính cánh quạt 77m, công suất 1,5MW/tua-bin, tổng công suất là 30MW. Hàng năm dự tính sản xuất khoảng gần 100 triệu kWh điện. Hiện nay, nhà máy đã hoàn thành giai đoạn 1 và chính thức đi vào hoạt động từ ngày 18/4/2012. Tổng mức đầu tư trong giai đoạn này là 1.500 tỷ đồng. Đây cũng là nhà máy điện gió nối lưới đầu tiên chính thức đi vào hoạt động ở nước ta. Theo kế hoạch, giai đoạn 2 của dự án chuẩn bị khởi công xây dựng và lắp đặt thêm 60 tua-bin gió, nâng tổng công suất của toàn bộ nhà máy lên 120 MW. * Dự án điện gió Bạc Liêu [17]: Dự án điện gió Bạc Liêu là dự án điện gió trên biển đầu tiên ở nước ta được xây dựng. Dự án này do Công ty TNHH Xây dựng - Thương mại và Du lịch Công Lý làm chủ đầu tư, xây dựng tại xã Vĩnh Trạch Đông, thành phố Bạc Liêu, tỉnh Bạc Liêu. Toàn bộ nhà máy điện gió Bạc Liêu được đặt dọc theo đê biển Đông, cách bờ 200 - 1000m, kéo dài từ phường Nhà Mát đến ranh giới tỉnh Sóc Trăng và chiếm tổng diện tích gần 500 ha mặt biển. Các tua-bin gió sử dụng là loại tua-bin trục ngang của hãng General Electric (Mỹ) được làm bằng thép không gỉ, trụ lắp tua-bin cao 90m, gồm 3 cánh quạt với chiều dài mỗi cánh là 42m. Hiện nay, nhà máy đã hoàn thành giai đoạn 1 với 10 tua-bin có tổng công suất là 16 MW và chính thức đi vào hoạt động từ ngày 29/5/2013. Giai đoạn 2 của dự án sẽ xây lắp đặt tiếp 52 tuabin gió còn lại, dự kiến hoàn thành vào cuối năm 2014. Sau khi hoàn thành, nhà máy điện gió Bạc Liêu sẽ có tổng số 62 tua-bin với tổng công suất trên 99 MW và điện năng sản xuất ra khoảng 320 triệu kWh/năm với tổng mức đầu tư là 5.200 tỷ đồng. Trần Thị Bé 12 K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam * Dự án phong điện Phú Quý [18]: Dự án phong điện Phú Quý do Công ty TNHH MTV Năng lượng tái tạo Điện lực Dầu khí Việt Nam làm chủ đầu tư, có tổng vốn đầu tư là 335 tỷ đồng, được xây dựng tại 2 xã Long Hải và Ngũ Phụng, huyện đảo Phú Quý, tỉnh Bình Thuận. Nhà máy phong điện Phú Quý có công suất 6MW, gồm 3 tua-bin gió trục ngang với công suất mỗi tua-bin là 2MW. Các tua-bin gió sử dụng của hãng Vestas, Đan Mạch, chiều cao mỗi trụ tháp tua-bin là 60m, gồm 3 cánh quạt, mỗi cánh dài 37m để hứng gió, đường kính khi quạt quay là 75m. Đây là dự án phong điện đầu tiên của Việt Nam sử dụng mô hình vận hành hỗn hợp Gió – Diesel, được khởi công xây dựng vào cuối năm 2010 và khánh thành vào ngày 24/1/2013. Nhà máy khi đi vào hoạt động sẽ cung cấp bình quân hàng năm khoảng 25,4 triệu kwh. Điện gió Bạc Liêu [17] Điện gió Bình Thuận 1 [19] Điện gió Phú Quý [18] Hình 2: Một số hình ảnh về các dự án điện gió ở Việt Nam 1.3.2.2. Các dự án điện gió không nối lưới Tại Việt Nam, trong những năm trước đây, có một số dự án điện gió qui mô nhỏ đã được triển khai với công suất tua-bin không quá 20kW, không nối lưới. Các dự án đã được triển khai trước đây hầu hết không còn hoạt động do quá tuổi thọ thiết bị và thiếu sự bảo trì, bảo dưỡng. Tuy nhiên, hiện nay vẫn còn một số nhà máy điện gió không nối lưới với qui mô nhỏ, xây dựng tại các tỉnh miền núi, vùng sâu vùng xa và hải đảo, ví dụ như: ở tỉnh Kon Tum năm 2004 đã lắp đặt và vận hành dự án điện gió nối lưới mini đầu tiên - vùng ngoài lưới có công suất 7kW. Dự án điện gió Trường Sa 9kW (3 x Trần Thị Bé 13 K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam 3kW) và 7kW điện mặt trời, do Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh thực hiện, đã đưa vào vận hành. Các tua-bin nhỏ quy mô hộ gia đình có công suất 100 - 200W tới 500W được xem là vận hành khá tốt ở Việt Nam do được bảo dưỡng thường xuyên. Đơn vị chính sản xuất tuabin gió loại này là Trung tâm Năng lượng tái tạo và thiết bị nhiệt (RECTERE) thuộc Trường đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh. Ngoài ra, Viện Năng lượng là đơn vị cũng đã nghiên cứu, triển khai ứng dụng các tua-bin có công suất 150W để áp dụng cho các hộ dân cư vùng sâu, vùng xa. 1.3.3. Quy hoạch phát triển điện gió toàn quốc Quy hoạch phát triển điện gió toàn quốc đến năm 2020, có xét đến năm 2030 là nhằm thực hiện chiến lược phát triển năng lượng quốc gia Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2050, nhằm thực hiện các thỏa thuận của Thủ tướng Chính phủ và Bộ Công Thương bổ sung các dự án điện gió đã đăng ký đầu tư vào quy hoạch phát triển điện lực. Trong bản Quy hoạch này cũng đã tính toán được tiềm năng năng lượng gió lý thuyết và kỹ thuật ở trên khu vực đất liền của Việt nam, cụ thể như sau: 1.3.3.1. Tiềm năng gió lý thuyết Theo bản Báo cáo tóm tắt của Quy hoạch phát triển điện gió toàn quốc đến năm 2020, có xét đến năm 2030 [14], tiềm năng gió lý thuyết được xét theo tỉnh, là khu vực có vận tốc gió trung bình năm từ 6,0m/s trở lên, ở độ cao 80m so với mặt đất. Theo tính toán, tiềm năng gió lý thuyết của Việt Nam phân bố trên 16 tỉnh từ Hà Tĩnh đến Sóc Trăng với tổng diện tích là 5.339 km2 (Bảng 4). Trong số đó, tiềm năng gió tập trung ở khu vực các tỉnh duyên hải Nam Trung Bộ (Bình Thuận, Ninh Thuận), khu vực Tây Nguyên (Gia Lai, Đăk Lăk). Trong các khu vực có tiềm năng gió, vận tốc trung bình năm phổ biến nằm trong khoảng 6,5-7,0m/s chiếm khoảng 67% diện tích, vận tốc gió trung bình năm lớn hơn 7,0m/s chiếm khoảng 21% diện tích, phần lớn là khu vực núi cao thuộc Tây Nguyên và dải Trường Sơn. Tổng công suất điện gió tiềm năng lý thuyết có thể lắp đặt trên địa bàn Việt Nam ước khoảng 21.356MW. Lượng công suất này được ước tính dựa trên tổng diện tích khu vực có Trần Thị Bé 14 K19 Cao học Môi Trường