Tài liệu điều khiển góc nghiêng cánh quạt và công suất của máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- LÊ THÀNH HƯNG ĐIỀU KHIỂN GÓC NGHIÊNG CÁNH QUẠT VÀ CÔNG SUẤT CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP Chuyên ngành : Thiết bị, mạng và nhà máy điện Mã số: 605250 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2014 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : .................................................................... (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 : ........................................................................... (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 : ........................................................................... (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . . Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. .............................................................. 2. .............................................................. 3. .............................................................. 4. .............................................................. 5. .............................................................. Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Thành Hưng ............................................MSHV: 12180106 Ngày, tháng, năm sinh: 19/11/1989 ....................................................Nơi sinh: Khánh Hòa Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện ..................Mã số : I. TÊN ĐỀ TÀI: Điều khiển góc nghiêng cánh quạt và công suất của máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Xây dựng mô hình máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép với công suất 2.3 MW. Mô phỏng công trình bằng phần mềm Matlab/Simulink. - Điều khiển góc cánh quạt để điều chỉnh công suất cho phù hợp - Điều khiển độc lập công suất thực và công suất phản kháng của máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép với giá trị lệnh cho trước bằng cách sử dụng bộ điều khiển PIFuzzy. Sau đó so sánh với bộ PI truyền thống để thấy ưu điểm của PI-Fuzzy. - Điều khiển công suất phản kháng bộ nghịch lưu nối lưới. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 07/07/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/12/2014 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : Tp. HCM, ngày 05 tháng 12 năm 2014 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên và chữ ký) Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ này vào trang đầu tiên của tập thuyết minh LV Lời Cám Ơn Luận văn thạc sĩ này không thể hoàn thành nếu thiếu đi sự giúp đỡ của nhiều người. Tôi xin chân thành cám ơn những người đã bỏ công sức giúp tôi hoàn thành đề tài của mình. Trước hết, tôi xin bày tỏ long biết ơn sâu sắc tới thầy PGS TS Nguyễn Hữu Phúc và thầy TS Phạm Đình Trực – những người thầy đã dìu dắt, chỉ dẫn, động viên và cho tôi rất nhiều lời khuyên hữu ích trong suốt con đường hoàn thành luận văn Tôi xin cám ơn tất cả những thầy cô đã đứng lớp giảng dạy tôi trong thời gian cao học vừa qua và các thầy trợ giảng đã giúp tôi hiểu rõ hơn các vấn đề tôi chưa nắm rõ trên lớp. Tôi xin cám ơn một số anh chị khóa trước đã giúp đỡ về tài liệu, kiến thức để tôi có thể bổ sung tốt cho luận văn. Không thể thiếu, tôi xin cám ơn gia đình và người thân, những người luôn hỗ trợ cho tôi, giúp tôi có thể chú tâm hoàn thành tốt luận văn. Mặc dù tôi đã cố gắng hoàn thành luận văn nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong được sự góp ý của quý thầy cô và bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cám ơn! Học viên Lê Thành Hưng – 12/2014 Tóm Tắt Luận Văn Thạc Sĩ Trước tiên, luận văn cho cái nhìn tổng quát về năng lượng gió trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Kế tiếp, luận văn trình bày kiến thức về năng lượng gió và phương pháp chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng. Đề tài nghiên cứu về máy phát không đồng bộ nguồn kép với công suất 2.3MW. Các mô hình toán học của tua-bin gió và máy phát, các hệ quy chiếu chuyển đổi, lý thuyết điều khiển định hướng từ thông stator được trình bày chi tiết và cặn kẽ. Bộ điều khiển PI-Fuzzy được áp dụng để điều khiển độc lập công suất thực và công suất phản kháng với độ tin cậy và chính xác cao. Hơn nữa, cánh quạt được điều khiển góc đón gió để có thể lấy năng lượng tối ưu cho máy phát. Đề tài nghiên cứu với tốc độ gió biến thiên phù hợp với thực tế tuy nhiên gió không quá lớn. Tất cả mô hình được mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink. First, the thesis for an overview of wind energy in the world in general and Vietnam in particular. Secondly, the thesis presents wind energy knowledge and method of wind energy conversion system. This topic researches on Doubly-Fed Induction Generator 2.3 MW (DFIG). The mathematical models of wind turbine and DFIG, the reference frame conversion and the stator-flux oriented control theory are described in details. PI-Fuzzy controller is applied to control active power and reactive power independently with reliability and high accuracy. Moreover, the air-foils are driven in the angle to get optimum power to feed to generator. Project uses varying wind speed consistent with the reality but the wind is not too high and rough. All models are simulated in Matlab/Simulink. Lời Cam Đoan Tôi xin cam đoan: Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS TS Nguyễn Hữu Phúc và TS Phạm Đình Trực. Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này trung thực và chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào. Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Mục Lục Chương 1: Giới Thiệu Năng Lượng Gió .................................................. 1 1.1 Lịch sử năng lượng gió ........................................................................................ 1 1.1.1 Lịch sử cối xay gió .................................................................................. 1 1.1.2 Những thuận lợi và thách thức của năng lượng gió ................................ 2 1.2 Sự phát triển của các thế hệ năng lượng gió trên thế giới ............................... 3 1.2.1 Nhìn chung về năng lượng gió trên toàn thế giới .................................... 3 1.2.2 Sự phân chia năng lượng điện gió theo các khu vực trên thế giới .......... 5 1.2.3 Tua-bin gió ngoài khơi ............................................................................ 6 1.2.4 Sự phân phối ở các lục địa ...................................................................... 6 1.3 Năng lượng gió ở Việt Nam ................................................................................ 6 1.3.1 Tiềm năng ................................................................................................ 8 1.3.2 Sự phân bố gió ở Việt Nam ..................................................................... 9 Chương 2: Khái Niệm Về Năng Lượng Gió Và Mô Hình Toán Học Tua-bin Gió ........................................................................................11 2.1 Cơ bản về năng lượng gió ................................................................................... 11 2.1.1 Năng lượng từ gió.................................................................................... 11 2.1.2 Các phương pháp thống kê ...................................................................... 12 2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến năng lượng gió .............................................. 13 2.1.4 Chuyển đổi năng lượng gió và hiệu quả cánh quạt ................................. 15 2.2 Các thành phần của tua-bin gió ......................................................................... 17 2.3 Mô hình toán học của tua-bin gió ...................................................................... 19 2.4 Cấu trúc mô hình của tuabin gió trong Matlab/Simulink ............................... 21 Chương 3: Mô Hình Toán Học Máy Phát Điện Không Đồng Bộ Nguồn Kép - Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) .................. 22 3.1 Máy phát DFIG với vận tốc gió thay đổi ........................................................... 22 3.2 Chuyển đổi hệ quy chiếu ..................................................................................... 23 3.2.1 Hệ quy chiếu dqo ..................................................................................... 24 3.2.2 Chuyển đổi thì hệ ba pha abc sang hệ quy chiếu tĩnh 𝛼𝛽 ....................... 24 3.2.3 Chuyển đổi hệ quy chiếu tĩnh 𝛼𝛽 sang hệ quy chiếu quay dq ............... 25 3.3 Phương trình toán học của DFIG ...................................................................... 26 3.3.1 Phương trình toán học của DFIG trong hệ vector ................................... 26 3.3.2 Công thức toán học của DFIG trong hệ quy chiếu quay ......................... 27 3.4 Mô hình DFIG trong Matlab/Simulink ............................................................. 29 3.5 Góc lệch cánh quạt (pitch) .................................................................................. 33 Chương 4: Điều Khiển Định Hướng Từ Thông Stator Và Bộ Điều Khiển Nghịch Lưu Hai Chiều ....................................................................... 35 4.1 Điều khiển định hướng từ thông stator ............................................................. 35 4.1.1 Tổng quát ................................................................................................. 35 4.1.2 Phương trình DFIG trong việc điều khiển định hướng từ thông stator ... 35 4.2 Bộ nghịch lưu hai chiều ....................................................................................... 38 4.2.1 Bộ nghịch lưu phía rotor (RSC) .............................................................. 38 4.2.2 Bộ nghịch lưu phía nối lưới (GSC) ......................................................... 41 4.3 Điều khiển bộ nghịch lưu lưng-đối-lưng AC-DC-AC ...................................... 45 4.3.1 Bộ nghịch lưu nối lưới ............................................................................ 46 4.3.2 Kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM .................................................... 48 Chương 5: Lý Thuyết Bộ Điều Khiển PI-Fuzzy ................................... 49 5.1 Thuật toán điều khiển PI anti-windup .............................................................. 49 5.2 Thuật toán Fuzzy (Logic mờ) ............................................................................. 50 5.2.1 Tổng quát về fuzzy .................................................................................. 50 5.2.2 Quá trình suy luận mờ ............................................................................. 51 5.3 Áp dụng fuzzy vào khối điều khiển PI ............................................................... 55 Chương 6: Kết Quả Mô Phỏng .................................................................... 60 6.1 Mô hình mô phỏng hoàn chỉnh trong Matlab/Simulink .................................. 60 6.2 So sánh giữa bộ điều khiển PI truyền thống và PI-Fuzzy ............................... 61 6.2.1 Cấu trúc điều khiển PI truyền thống và điều khiển PI-Fuzzy ................. 62 6.2.2 Mô phỏng với tốc độ gió biến thiên ........................................................ 63 6.2.3 Nhận xét kết quả mô phỏng ..................................................................... 70 6.3 Điều khiển phát công suất phản kháng từ bộ nghịch lưu phía nối lưới ......... 72 6.4 Điều khiển công suất gió đầu vào ....................................................................... 73 6.5 Thử nghiệm trong điều kiện gió lớn .................................................................. 75 Chương 7: Kết Luận Và Định Hướng Nghiên Cứu.......................79 7.1 Kết luận ................................................................................................................ 79 7.2 Định hướng nghiên cứu ....................................................................................... 80 Danh sách hình Hình 1.1: Cối xay gió cổ ở Ba Tư ............................................................................... 1 Hình 1.2: Một côi xay gió hiện đại ngày nay .............................................................. 2 Hình 1.3: Tổng công suất của nhà máy gió trên thế giới............................................. 4 Hình 1.4: Một mô hình trang trại ngoài khơi .............................................................. 5 Hình 1.5: Nhà máy năng lượng gió ở tỉnh Bình Thuận ............................................... 8 Hình 2.1: Định nghĩa dòng chảy không khí ................................................................ 11 Hình 2.2: Hàm mật độ xác suất Weibull (p.d.f) cho gió với k = 1, 2, 3. ..................... 13 Hình 2.3: Hàm mật độ Rayleigh với tham số c khác nhau .......................................... 14 Hình 2.4: Các tuabin gió trích xuất năng lượng từ dòng chảy gió .............................. 15 Hình 2.5: Hệ số rotor đạt tối đa khi vận tốc gió thoát bằng một phần ba vận tốc gió tới ...................................................................................................................................... 16 Hình 2.6: Tua-bin ít cánh đạt hiệu quả tối ưu tại tốc độ quay cao .............................. 17 Hình 2.7: Mô hình các phần cơ học của tua bin gió .................................................... 17 Hình 2.8: In Bên trong một tua-bin gió điển hình ....................................................... 19 Hình 2.9: Mô hình tua-bin gió ..................................................................................... 21 Hình 2.10: Mô hình trục nối ........................................................................................ 21 Hình 3.1: Hệ thống máy phát điện gió DFIG với vận tốc gió biến thiên .................... 22 Hình 3.2: Dòng chảy công suất khi tốc độ rotor nhỏ và lớn hơn tốc độ đồng bộ ....... 23 Hình 3.3: Mối liên hệ giữa hệ quy chiếu 𝛼𝛽 và dq. .................................................... 25 Hình 3.4: Mạch tương đương DFIG về phía stator ..................................................... 27 Hình 3.5: Mạch tương đương của DFIG trong hệ quy chiếu quay.............................. 28 Hình 3.6: Mô hình DFIG ............................................................................................. 30 Hình 3.7: Bên trong khối “abc2dq” ............................................................................. 30 Hình 3.8: Bên trong khối “Stator and Rotor voltage equations” ................................. 31 Hình 3.9: Bên trong khối “dq2abc” ............................................................................. 32 Hình 3.10: Điều khiển góc cánh quạt – pitch .............................................................. 33 Hình 4.1: Mối quan hệ giữa hệ quy chiếu quay dq và hệ quy chiếu tĩnh. ................... 36 Hình 4.2: Mô hình khối của bộ nghịch lưu phía rotor. ................................................ 40 Hình 4.3: Bên trong khối “Rotor Converter Control”. ................................................ 41 Hình 4.4: Điều khiển bộ nghịch lưu phía lưới ............................................................. 42 Hình 4.5: Điều khiển vector bộ nghịch lưu nối lưới.................................................... 43 Hình 4.6: Bộ nghịch lưu lưng-đối-lưng ....................................................................... 45 Hình 4.7: Bộ nghịch lưu ba pha. .................................................................................. 46 Hình 4.8: PWM ............................................................................................................ 48 Hình 5.1: Điều khiển PI sử dụng anti-windup ............................................................. 50 Hình 5.2: Bước 1 ......................................................................................................... 51 Hình 5.3: Bước 2 ......................................................................................................... 52 Hình 5.4: Bước 3 ......................................................................................................... 53 Hình 5.5: Phương pháp nội suy tối thiểu ..................................................................... 53 Hình 5.6: Phương pháp nhân nội suy .......................................................................... 54 Hình 5.7: Bước 4 ......................................................................................................... 54 Hình 5.8: Bước 5 ......................................................................................................... 55 Hình 5.9: Bộ điều khiển PI-Fuzzy ............................................................................... 56 Hình 5.10: Hàm thành viên của 2 khối đầu vào. ......................................................... 57 Hình 5.11: Hàm thành viên của 2 khối đầu ra ............................................................. 57 Hình 6.1: Mô hình DFIG 2.3MW. ............................................................................... 60 Hình 6.2: Giá trị lệnh công suất thực........................................................................... 62 Hình 6.3: Giá trị lệnh công suất phản kháng ............................................................... 62 Hình 6.4: Cấu trúc với PI truyền thống. ...................................................................... 63 Hình 6.5: Cấu trúc với PI-Fuzzy.................................................................................. 63 Hình 6.6: Vận tốc gió biến thiên.................................................................................. 63 Hình 6.7: Công suất thực. ............................................................................................ 64 Hình 6.8: Khi phóng to trong trạng thái ổn định ......................................................... 65 Hình 6.9: Công suất phản kháng ................................................................................. 66 Hình 6.10: Khi phóng to trong trạng thái ổn định ....................................................... 67 Hình 6.11: Dòng pha stator.......................................................................................... 68 Hình 6.12: Dòng pha stator khi phóng to trong trạng thái ổn định ............................. 69 Hình 6.13: Tốc độ rotor ............................................................................................... 70 Hình 6.14: Công suất phản kháng từ bộ nghịch lưu nối lưới ...................................... 72 Hình 6.15: Khi phóng to công suất phản kháng bộ NL nối lưới trong thời gian 1 giây ...................................................................................................................................... 73 Hình 6.16: Vận tốc gió biến thiên................................................................................ 73 Hình 6.17: Hệ số Cp .................................................................................................... 74 Hình 6.18: Góc pitch beta ............................................................................................ 74 Danh sách bảng Bảng 1.1: Công suất điện gió ngoài khơi ở một số nước dẫn đầu về năng lượng gió . 6 Bảng 1.2: Sự phân phối tốc độ (m/s) gió ở Việt Nam trong một năm......................... 10 Bảng 2.1: Hệ số ma sát với đặc điểm địa hình khác nhau ........................................... 14 Bảng 5.1: Luật ma trận của Kp .................................................................................... 58 Bảng 5.2: Luật ma trận của Ti ..................................................................................... 58 Bảng 6.1: Các thông số của khối “Generator DFIG 2.3MW” ..................................... 61 Bảng 6.2: Các thông số của khối “Converter” ............................................................. 61 Bảng 6.3: Giá trị trung bình của Ps và Qs trong trạng thái ổn định khi gió biến thiên . 71 Danh sách ký hiệu toán học : Góc pitch : Tỉ lệ gió tới và gió đi d : Góc lệch giữa hệ quy chiếu tĩnh và hệ quy chiếu quay  r , s /  a : Góc từ thông rotor và stator turb : Góc tua-bin : Mật độ không khí d : Vận tốc lệch giữa hệ quy chiếu tĩnh và hệ quy chiếu quay r , s / s , m :Vận tốc rotor, stator và vận tốc góc cơ turb : Vận tốc góc của tua-bin  s , r , m : Từ thông stator, rotor và từ thông móc vòng A: Diện tích mà gió đi qua cms or Dm : Hệ số damping Cp : Hiệu suất rotor C p max : Hiệu suất tối đa của rotor G: Hộp số i , i : Dòng điện trong hệ  ia , ib , ic : Dòng 3 pha stator id , iq : Dòng điện trong hệ dq J gen : Mô-men quán tính của máy phát J turb : Mô-men quán tính của tua-bin K.E: Động năng k ms : Hệ số độ cứng Llr / L r , Lls / L s : Từ thông móc vòng stator và rotor Ls , Lr , Lm : Từ cảm stator, rotor m: Độ chảy của không khí Ns : Nr Tỉ lệ dây quấn P: Số cặp cực Pb , Pturb : Công suất lấy từ gió Pgrid : Công suất bộ nghịch lưu phía lưới Pm , Pr , Ps : Công suất cơ học tại đầu vào máy phát, công suất thực của rotor và stator Qs , Qr : Công suất phản kháng stator và rotor Pw : Công suất gió R: Độ dài cánh quạt Rs , Rr : Điện trở stator, rotor Te , Tshaft , Tturb , TL : Từ thông điện từ, từ thông trục, từ thông tua-bin à từ thông tải s: Độ trượt v , v : Điện áp trong hệ  va , vb , vc : Điện áp 3 pha stator vd , vq : Điện áp trong hệ dq v A , vB , vC : Điện áp rotor v , vw : Vận tốc gió VC : Vận tốc gió cắt VR : Vận tốc định mức VF : Vận tốc cắt U DC : Điện áp DC-link Chương 1: Giới thiệu năng lượng gió Chương 1 Giới Thiệu Năng Lượng Gió 1.1 Lịch sử năng lượng gió 1.1.1 Lịch sử cối xay gió Từ những ngày đầu, con người đã khai thác năng lượng gió để căng buồm những con thuyền khám phá biển cả mênh mông, để nghiền hạt hay vận chuyển nước qua ruộng đồng. Những cối xay gió đầu tiên được dựng lên ở Ba Tư vào khoảng thế kỉ thứ V, họ dùng để nghiền hạt, xay xát mía hoặc lúa mạch. Sau đó, mô hình này lan rộng và trở nên phổ biến khắp Trung Đông và Trung Á, sau đó lan sang Trung Quốc, Ấn Độ và phần còn lại của châu Âu. Hình 1.1: Cối xay gió cổ ở Ba Tư Vào thế kỷ thứ 11, người dân ở khu vực Trung Đông đã sử dụng cối xay gió cho việc sản xuất lương thực hoặc dung để lái thuyền đi lại khắp Châu Âu. Khi những người định cư lấy công nghệ này đến thế giới mới trong những năm cuối thế kỷ 19, họ bắt đầu sử dụng cối xay gió để bơm nước cho các trang trại và trại chăn nuôi, và sau đó, để tạo ra điện cho gia đình và công nghiệp. Đầu thế kỷ XX, cối xay gió được sử dụng phổ biến để bơm nước và để tạo ra điện. Công nghiệp hóa diễn ra đầu tiên ở châu Âu và sau đó ở Mỹ dẫn đến một sự suy 1 Chương 1: Giới thiệu năng lượng gió giảm dần dần trong việc sử dụng cối xay gió. Động cơ hơi nước thay thế nước cối xay gió. Trong những năm 1930, các chương trình quản lý điện nông thôn tải điện với giá thành thấp đến hầu hết các vùng nông thôn ở Hoa Kỳ. Tuy nhiên, công nghiệp hóa cũng tạo nên sự phát triển của cối xay gió lớn hơn để sinh ra điện. Các cỗ máy này xuất hiện ở Đan Mạch vào đầu năm 1890. Trong những năm 1940, tua-bin gió lớn nhất bắt đầu hoạt động trên một đỉnh đồi Vermont được gọi là Grandpa’s Knob. Với công suất 1,25 MW và tốc độ quay tới 30 mph (dặm trên giờ) cung cấp điện cho dân địa phương vài tháng trong Thế chiến II. Khi giá nhiên liệu giảm sau chiến tranh thế giới II, người ta không mấy quan tâm đến tua-bin gió. Nhưng khi giá dầu tăng vọt trong những năm 1970, thế giới đã quay sang phương án làm máy phát điện tuabin gió. Ngày nay, năng lượng gió là nguồn năng lượng phát triển nhanh nhất trên thế giới và sẽ cung cấp năng lượng ngành công nghiệp, các doanh nghiệp và cá nhân với nguồn năng lượng sạch và có thể tái tạo cho nhiều năm tới [1]. Hình 1.2: Một côi xay gió hiện đại ngày nay 2 Chương 1: Giới thiệu năng lượng gió 1.1.2 Những thuận lợi và thách thức của năng lượng gió Năng lượng gió có nhiều lợi thế, điều này giải thích lý do tại sao đây là nguồn năng lượng phát triển nhanh nhất trên thế giới [2] a/ Thuận lợi: - Năng lượng gió được sản sinh từ gió, vì vậy nó là một nguồn tài nguyên sạch. Nguồn năng lượng này không gây ô nhiễm không khí như các nhà máy điện dựa trên quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch như than hoặc khí thiên nhiên. Tua bin gió không tạo ra khí thải trong khí quyển gây ra mưa axit. - Gió được gọi là một nguồn năng lượng tái tạo vì gió sẽ thổi miễn là có mặt trời chiếu sáng. Nó thực sự là một dạng của năng lượng mặt trời. Gió được gây ra bởi sự nóng lên của bầu khí quyển của mặt trời và chuyển động quay của trái đất. - Tua-bin gió có thể được xây dựng ở các trang trại chăn nuôi, do đó mang lại lợi ích kinh tế trong khu vực nông thôn. Nông dân và chủ trang trại có thể tiếp tục làm việc đất vì tuabin gió chỉ sử dụng một phần nhỏ của vùng đất này. b/ Thách thức: - Năng lượng gió phải cạnh tranh với các nguồn phát thông thường trên cơ sở chi phí. Mặc dù chi phí của năng lượng gió đã giảm đáng kể trong 10 năm qua, công nghệ này đòi hỏi một sự đầu tư ban đầu cao hơn so với máy phát điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch. - Trang trại gió lớn thường ở các địa điểm xa thành phố vậy nên phải tốn thêm chí phí lớn xây dựng đường dây tải điện để đưa điện từ các trang trại gió đến thành phố. - Mặc dù các nhà máy điện gió ít ảnh hưởng đến môi trường so với các nhà máy điện thông thường khác nhưng có một số lo ngại về tiếng ồn tạo ra bởi cánh quạt. Hầu hết các vấn đề này đã được giải quyết hoặc giảm đáng kể thông qua việc phát triển công nghệ hoặc chọn địa điểm đúng để đặt máy điện gió. 3 Chương 1: Giới thiệu năng lượng gió 1.2 Sự phát triển của các thế hệ năng lượng gió trên thế giới 1.2.1 Nhìn chung về năng lượng gió trên toàn thế giới Việc giá dầu mỏ tăng cao một cách kỷ lục trong năm 2005-2006 đã và đang gây ra những ảnh hưởng rất lớn đối với nền kinh tế nhiều quốc gia khiến cho vấn đề tìm kiếm và phát triển các nguồn năng lượng có thể tái tạo để thay thế cho dầu lửa, khí đốt tự nhiên và các nguồn tài nguyên về nhiên liệu hóa thạch đang dần bị cạn kiệt trên trái đất ngày càng trở nên bức thiết hơn. Trong số các nguồn năng lượng có thể tái tạo được, nhiều nước trên thế giới đang đẩy mạnh phát triển trong những năm gần đây, điện gió đang tỏ ra có rất nhiều hứa hẹn. Thống kê cho thấy, sản luợng điện sản xuất từ sức gió trên thế giới trong gần 10 năm trở lại đây đã tăng trưởng rất nhanh với tốc độ 28%/năm, cao nhất trong tất cả các nguồn năng lượng hiện có Hình 1.3 cho ta thấy như cầu năng lượng gió càng ngày càng tăng cao. Trong năm 2010, công suất điện gió trên toàn thế giới đạt 198 GW, và trong 2012 đã tăng lên gần gấp rưỡi 283 GW. Hình 1.3: Tổng công suất của nhà máy gió trên thế giới Trong năm 2010 có tất cả 83 quốc gia sử dụng năng lượng gió để phát điện. 52 quốc gia đã nâng tổng công suất lắp đặt của họ. Trung Quốc chiếm hơn một nửa thị trường gió thế giới năm 2010. . 4 Chương 1: Giới thiệu năng lượng gió Doanh thu của điện gió trên toàn thế giới đạt 55 tỷ USD trong năm 2010, sau khi đạt 70 tỷ USD trong năm 2009. Sự sụt giảm là do giá điện gió đã giảm. 1.2.2 Sự phân chia năng lượng điện gió theo các khu vực trên thế giới Tất cả tua-bin gió được lắp đặt trên toàn cầu vào cuối năm 2010 cung cấp năng lượng 430 Terawatt-giờ (TW-h), chiếm 2,5% nhu cầu điện toàn cầu. Ở một số nước và khu vực, năng lượng gió đã trở thành một trong những nguồn điện lớn nhất, trong đó Đan Mạch là nước dẫn đầu. Các quốc gia có tỷ lệ cao nhất là: Đan Mạch: 21% tổng năng lượng gió được tạo ra trên thế giới, Bồ Đào Nha: 18%, Tây Ban Nha: 16%, Đức: 9%. Ở Trung Quốc, năng lượng gió đã đóng góp 1.2% để cung cấp điện tổng thể, trong khi tại Hoa Kỳ đã đạt khoảng 2%. 1.2.3 Tua-bin gió ngoài khơi Công suất điện gió ngoài khơi tiếp tục phát triển trong năm 2010 như trong các năm trước, các trang trại gió được lắp đặt trên biển có thể được tìm thấy trong 12 nước, 10 trong số họ ở châu Âu, còn lại là ở Trung Quốc và Nhật Bản. Tổng dung lượng gió ngoài khơi lên tới 3,117.6 MW, trong đó 1,161.7 MW đã được thêm vào trong năm 2010 thể hiện tốc độ tăng trưởng 59%. Hình 1.4: Một mô hình trang trại ngoài khơi Gió ngoài khơi có thể cung cấp nguồn năng lượng dồi dào, tuy nhiên nguồn năng lượng này thường không ổn định. Một cách tiếp cận mới từ các nhà nghiên cứu tại MIT Energy Initiative có thể điều chỉnh sự biến động của nguồn năng lượng này. 5