Tài liệu Khảo sát mô hình hệ thống phát điện gió

KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . Chöông 1 GIÔÙI THIEÄU ÑEÀ TAØI 1.1.ÑAËT VAÁN ÑEÀ Hiện nay treân thế giới sử dụng chủ yếu caùc nguồn năng lượng hoùa thạch (khoảng 80%) như: than, dầu mỏ, caùc sản phẩm từ dầu mỏ, khí thieân nhieân…Tuy nhieân việc lạm dụng nguồn năng lượng naøy dẫn đến nhiều vấn đề: 1. Người ta cho rằng coøn coù thể khai thaùc dầu trong 40 năm nữa. Số năm coù thể khai thaùc naøy được tính bằng caùch chia trữ lượng ñaõ biết cho sản lượng khai thaùc haøng naêm hiện nay. − Trữ lượng dầu laø hữu hạn vaø nếu lượng tieâu thụ dầu của thế giới trong thời gian tới vẫn tăng thì dần dần chuùng ta sẽ phải phụ thuộc vaøo dầu giaù cao. Khi giaù cả thị t91 − ường tăng leân việc ứng dụng kỹ thuật khai thaùc tieân tiến hơn để lấy được dầu từ những địa tầng saâu hơn cũng được đẩy mạnh vaø như vậy trữ lượng dầu coùkhả năng kha thaùc cũng sẽ tăng leân. Nhưng nếu khai thaùc đến một nửa trữ lượng của mỗi mỏ thì duø trữ lượng coøn ñoù cũng sẽ dẫn đến suy giảm năng suất vaø coù thể chuyển sang sụt giảm sản lượng. − Do vậy, sản lượng dầu chất lượng tốt treân toaøn thế giới sẽ chuyển sang khuynh hướng giảm trong một thời kỳ sớm hơn so với số năm coù thể khai thaùc, laøm giảm khả năng duy trì sản lượng theo nhu cầu. 1. Số năm coù thể khai thaùc của khí tự nhieân dự ñoaùn thì khoảng 60 năm. Taøi nguyeân khí tự nhieân, so vôùi taøi nguyeân dầu coù ưu điểm laø coù thể đảm bảo được một lượng nhất định trong khu vực Ñoâng Nam AÙ thời gian khai thaùc cũng lôùn hơn. Thực tế thì gần 70% trữ lượng được đảm bảo phụ thuộc vaøo khu vực Trung Đoâng vaø Lieân Xoâû cũ, khoâng thể khoâng tính đến những taùc động vaø ảnh hưởng của tình hình quốc tế. 2. Người ta cho rằng số năm coøn coù thể khai thaùc than laø khoảng 230 năm. Nhưng vì lượng khí CO2 thải ra trong quaù trình sinh năng lượng lại lớn hơn so với caùc nhieân lieäu hoùa thaïch khaùc neân khi sử dụng nguồn nhieân liệu naøy cần tính đến việc phoøng choáng caùc hiện tượng về moâi trường như sự aám leân cuûa traùi đất. 3. Taùc hại của việc sử dụng nguồn năng lượng hoùa thạch: − Nhieân lieäu hoùa thạch như dầu, than, khí tự nhieân khi đốt chaùy sẽ thải ra đioâxít caùcbon (CO2), oâxít sunphua (SOx), oâxít nitơ (NOx). Khi nồng độ của CO2 trong khoâng khí taêng leân thì nhiệt độ traùi ñaát seõ taêng leân. Người ta dự ñoaùn rằng nếu nhaân loại cứ tiếp tục ñoát caùc nhieân lieäu hoùa thạch như thế naøy vaø 1 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . khí CO2 vẫn tiếp tục taêng leân thì sau 100 năm, nhiệt độ trung bình của traùi đất sẽ tăng leân hai ñoä laøm ảnh hưởng rất lớn đối với traùi đất. − Ngoaøi ra, oâxít sunphua (SOx), oâxít nitơ (NOx) laø nguyeân nhaân tạo ra hiện tượng mưa axít gaây ra những taùc hại to lớn đối với động thực vật treân traùi đất. Möùc ñoä söû duïng caùc nguoàn naêng löôïng chính treân theá giôùi vaøo naêm 2000: N Mức năng lượng sử dụng tính treân đầu người theo khu vực, năm 2000: 2 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . Möùc ñoä thaûi co2 cuûa caùc nhieân lieäu ñöôïc bieåu dieãn nhö sau [9]: Năng lượng đang sử dụng treân thế giới hiện nay nếu quy ra dầu thì gần 8,5 tỷ tấn, trong ñoù 40% laø dầu, than khoảng 26% vaø khí thieân nhieân khoảng 24%. Lượng tieâu thụ năng lượng khaùc nhau tuỳ theo mỗi quốc gia. Ở caùc nước đang 3 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . phaùt triển, cũng coù nhiều nöôùc maø lượng tieâu thụ năng lượng bình quaân treân đầu người thấp hơn 1/10 so với ở caùc nöôùc phaùt triển. Nhưng sự gia tăng daân soá vaø tăng trưởng kinh tế của caùc nước đang phaùt triển laøm người ta dự baùo rằng trong thời gian tới nhu cầu năng lượng của thế giới tăng leân sẽ tập trung chủ yếu ở caùc quốc gia đang phaùt triển. − Tổng daân số thế giới năm 1996 vaøo khoảng 5,8 tỷ người, nhưng được dự baùo đến năm 2025 laø 8 tỷ vaø sẽ đạt tới 9,8 tỷ vaøo năm 2050, trong ñoù daân số của caùc nước đang phaùt triển sẽ chiếm khoảng 80%. Giả sử, möùc tieâu thụ năng lượng của caùc nước đang phaùt triển sẽ tăng gấp 2 lần so với hiện nay thì chuùng ta sẽ phải đối mặt với một thời kỳ rất khoù khăn trong việc ñaùp ứng cung vaø cầu của năng lượng hoùa thạch maø chủ yếu laø dầu mỏ dễ sử dụng. vaø rồi nguồn taøi nguyeân höõu haïn naøy đến một ngaøy naøo ñoù sẽ rơi vaøo tình trạng cạn kiệt. − Dạng năng lượng thay thế cho nhieân lieäu hoùa thạch laø năng lượng mặt trời, năng lượng từ sức gioù, năng lượng soùng biển…. caùc dạng năng lượng mới naøy cần phải phaùt triển, khai thaùc để sử dụng. Xeùt về phương diện năng lượng gioù thì treân thế giới hiện nay mức độ sử dụng năng lượng gioù ngaøy caøng phaùt triển, theo thống keâ thì vaøo năm 2005 coâng suất lắp đặt khoảng 10000MW sẽ lắp đặt vaø năng lượng điện gioù được sử dụng ở một số quốc gia đến 2004 như sau: Số thứ tự Quốc gia Coâng suất (MW) 01 Đức 16.628 02 Taâây Ban Nha 8.263 03 Hoa Kỳ 6.752 04 Đan Mạch 3.118 05 Ấn Độ 2.983 06 yù 1.265 07 Haø Lan 1.078 08 Nhật 940 09 Lieân hiệp Anh vaø Bắc Ireland 897 10 Trung quốc 764 11 AÙo 607 12 Bồ Ñaøo Nha 523 4 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . 13 Hy Lạp 466 14 Canada 444 15 Thụy Điển 442 16 Phaùp 390 17 UÙc 380 18 Ireland 353 19 New Zealand 170 20 Na Uy 160 Caùc nöôùc coøn laïi 951 Tổng cộng treân toaøn thế giới 47.574 Sự hiện diện của năng lượng gioù sẽ laø một ñaùp aùn rất khả thi cho cuộc khủng hoảng năng lượng hoùa thạch trong tương lai. Do ñoù việc nghieân cứu năng lượng gioù một biện phaùp rất cần thiết nhằm ngaøy caøng hoaøn thiện hơn việc chuyển đổi năng lượng gioù thaønh năng lượng điện. Ñoái vôùi nöôùc ta laø moät nöôùc coù khí haäu nhieät ñôùi, vôùi vò trí ñòa lyù ñaëc tröng, phía ñoâng laø bôø bieån keùo daøi treân 300km, phía taây laø daõi Tröôøng Sôn vôùi ñòa hình ñoài nuùi cao. Vôùi vò trí ñòa lyù nhö vaäy ñaõ gaây khoâng ít khoù khaên trong vieäc phaùt trieån kinh teá xaõ hoäi cuûa ñaát nöôùc, tuy nhieân beân caïnh ñoù noù cuõng mang laïi nhieàu thuaän lôïi ñeå phaùt trieån nguoàn ñieän nhö: thuûy ñieän, naêng löôïng maët trôøi, naêng löôïng ñieän gioù… Vôùi vò trí ñòa lyù moâ taû nhö treân thì chuùng ta coù tìm naêng lôùn ñeå phaùt trieån nguoàn naêng löôïng gioù. Cuï theå laø tieàm naêng gioù ôû ñoä cao 65m cho khu vöïc ñaát lieàn ôû nöôùc ta laø 513.450MW [1]. Maët khaùc chuùng ta cuõng coù raát nhieàu thuaän lôïi ñeå xaây nhöõng caùnh ñoàng gioù ôû caùc khu vöïc doïc theo daõi Tröôøng Sôn. Vôùi tieàm naêng nhö vaäy thì taäp ñoaøn ñieän löïc Vieät Nam phaûi nhanh choùng xuùc tieán höôùng quy hoaïch phaùt trieån nguoàn naêng löôïng gioù. 1.2. NHIEÄM VUÏ VAØ MUÏC TIEÂU CUÛA LUAÄN VAÊN: Vôùi nhöõng tieàm naêng nhö treân neân nhieäm vuï vaø muïc tieâu nghieân cöùu cuûa luaän vaên laø: ƒ Giôùi thieäu sô löôïc veà heä thoáng phaùt ñieän gioù ƒ Giôùi thieäu veà caùc phöông trình chuyeån ñoåi naêng löôïng trong heä thoáng phaùt ñieän gioù 5 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . ƒ Söû duïng phaàn meàm matlab-simmulate ñeå moâ phoûng moät soá sô ñoà heä thoáng phaùt ñieän gioù 1.3. PHAÏM VI NGHIEÂN CÖÙU CUÛA LUAÄN VAÊN: Luaän vaên tìm hieåu, nghieân cöùu caùc vaán ñeà sau: ƒ Lòch söû phaùt trieån vaø hieän traïng söû duïng naêng löôïng ñieän gioù ôû moät soá quoác gia treân theá giôùi ƒ Giôùi thieäu toång quan veà caáu taïo heä thoáng phaùt ñieän gioù ƒ Giôùi thieäu veà söï chuyeån ñoåi naêng löôïng vaø caùc phöông trình cô baûn trong heä thoáng phaùt ñieän gioù ƒ Öùng duïng phaàn meàm matlab/simulink ñeå moâ phoûng moät soá daïng turbine gioù 1.4. GIAÙ TRÒ THÖÏC TIEÃN CUÛA LUAÄN VAÊN Vieät Nam vôùi söï phaùt trieån kinh teá xaõ hoäi nhanh choùng vaø oà aït trong nhöõng naêm gaàn ñaây vaø ñaët bieät hieän nay ñang laø moät thaønh vieân môùi cuûa toå chöùc thöông maïi theá giôùi thì möùc söû duïng naêng löôïng ñieän ngaøy caøng cao. Ñeå ñaùp öùng nhu caàu naøy, taäp ñoaøn ñieän löïc Vieät Nam ñaõ vaø ñang ñaàu tö xaây döïng raát nhieàu caùc coâng trình thuûy ñieän vaø nhieät ñieän tuy nhieân caùc coâng trình naøy thöôøng keùo daøi vaø tieàm naêng seõ daàn caïn kieät. Do ñoù vieäc nghieân cöùu vaø phaùt trieån nguoàn naêng löôïng gioù laø raát caàn thieát vaø hôïp lyù, tuy nhieân vieäc xaây döïng caùc caùnh ñoàng gioù caàn phaûi coù keá hoaïch roõ raøng theo töøng naêm vaø chính saùch hoã trôï cuûa nhaø nöôùc. Vaø caàn phaûi nghieân cöùu theâm nhieàu vaán ñeà nhö tính oån ñònh khi noái vaøo löôùi ñieän quoác gia, vaán ñeà tích tröõ naêng löôïng gioù ôû giôø thaáp ñieåm, heä thoáng ñieän gioù treân bieå… 1.5.NOÄI DUNG LUAÄN VAÊN Chöông 1: Giôùi Thieäu Ñeà Taøi 1.1 ÑAËT VAÁN ÑEÀ .....................................................................................1 1.2 NHIEÄM VUÏ VAØ MUÏC TIEÂU CUÛA LUAÄN VAÊN................................5 1.3 PHAÏM VI NGHIEÂN CÖÙU CUÛA LUAÄN VAÊN ....................................5 1.4 GIAÙ TRÒ THÖÏC TIEÃN CUÛA LUAÄN VAÊN ..........................................5 1.5 NOÄI DUNG LUAÄN VAÊN ....................................................................6 Chöông 2 Lòch Söû Phaùt Trieån Vaø Hieän Traïng Söû Duïng Naêng Löôïng Ñieän Gioù 2.1 TOÅNG QUAN......................................................................................9 2.2 LÒCH SÖÛ PHAÙT TRIEÅN CUÛA NAÊNG LÖÔÏNG ÑIEÄN GIOÙ .............10 6 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . 2.2.1 MAÙY PHAÙT NAÊNG LÖÔÏNG CÔ .......................................10 2.2.2 MAÙY PHAÙT NAÊNG LÖÔÏNG ÑIEÄN ...................................11 2.3 SÖÛ DUÏNG NAÊNG LÖÔÏNG ÑIEÄN GIOÙ............................................12 2.3.1 MO TAÛ NGAÉN GOÏN VEÀ KEÁT NOÁI HEÄ THOÁNG ÑIEÄN CUÛA NAÊNG LÖÔÏNG ÑIEÄN GIOÙ TREÂN THEÁ GIÔÙI: .......................................12 2.3.2 ÔÛ CHAÂU AÂU............................................................................ 2.3.3 ÔÛ BAÉC MY ..............................................................................Õ 2.3.4 ÔÛ NAM VAØ TRUNG MYÕ ........................................................ 2.3.5 ÔÛ CHAÂU AÙ VAØ ÑAÏI DÖÔNG................................................. 2.3.6 ÔÛ TRUNG ÑOÂNG VAØ CHAÂU PHI ......................................... 2.3.7 VAÁN ÑEÀ KINH TEÁ CUÛA NAÊNG LÖÔÏNG ÑIEÄN GIOÙ........... 2.4 CAÙC VAÁN ÑEÀ VEÀ NAÊNG LÖÔÏNG ÑIEÄN GIOÙ ÔÛ VIEÄT NAM........... Chöông 3 Sô Löôïc Veà Caáu Taïo Heä Thoáng Phaùt Ñieän Ñieän Gioù 3.1 THAÙP ..................................................................................................... 3.1.1 THAÙP DAÏNG TRU ..................................................................Ï 3.1.2 THAÙP DAÏNG MAÉT CAÙO........................................................ 3.2 CAÙNH QUAÏT ........................................................................................ 3.2.1 VAÄT LIEÄU CAÙNH QUAÏT ....................................................... 3.2.2 SOÁ LÖÔÏNG CAÙNH QUAÏT ..................................................... 3.3 HEÄ THOÁNG HAÕM ................................................................................. 3.3.1 HAÕM ÑOÄNG LÖÏC ................................................................... 3.3.2 HAÕM CÔ.................................................................................. 3.4 VOÛ TUIRBINE ...................................................................................... 3.5 TRUÏC CAÙNH QUAÏT ............................................................................ 3.6 ÑOÄNG CÔ ÑIEÀU CHÆNH CAÙNH QUAÏT ............................................. 3.7 ÑOÄNG CÔ ÑIEÀU CHÆNH HÖÔÙNG TURBINE .................................... 3.8 MAÙY PHAÙT.......................................................................................... 3.8.1 MAÙY ÑIEÄN ÑOÀNG BOÄ........................................................... 3.8..2 MAÙY ÑIEÄN KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ.......................................... 3.8.2.1 NGUYEÂN TAÉC LAØM VIEÄC CUÛA MAÙY ÑIEÄN KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ .............................................................. 3.8.2.2 SÔ ÑOÀ THAY THEÁ VAØ QUAN HEÄ COÂNG SUAÁT CUÛA MAÙY ÑIEÄN KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ ............................... 3.8.2.3 ÑIEÄN DUNG TÖÏ KÍCH TÖØ....................................... 3.8.2.4 CAÙC ÑAËC TÍNH CÔ ................................................. Chöông 4 Toác Ñoä Gioù Vaø Söï Phaân Boá Naêng Löôïng 7 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . 4.1 TOÁC ÑOÄ GIOÙ VAØ MOÁI QUAN HEÄ VÔÙI COÂNG SUAÁT....................... 4.2 COÂNG SUAÁT LAÁY RA TÖØ GIOÙ........................................................... 4.3 DIEÄN TÍCH VUØNG CAÙNH QUAÏT QUEÙT QUA .................................. 4.4 MAÄT ÑOÄ KHOÂNG KHÍ: ....................................................................... 4.5 SÖÏ PHAÂN BOÁ TOÁC ÑOÄ GIOÙ ................................................................ 4.5.1 KHAÛ NAÊNG PHAÂN BOÁ WEIBULL........................................ 4.5.2 TOÁC ÑOÄ TRUNG BÌNH.......................................................... 4.5.3 NGHIEÄM THÖÏC CUÛA BAÄC BA TOÁC ÑOÄ TRUNG B ÌNH 4.5.4 PHAÂN BOÁ NAÊNG LÖÔÏNG ..................................................... 4.5.5 AÛNH HÖÔÛNG CUÛA ÑOÄ CAO ................................................ 4.6 VAÁN ÑEÀ TRUYEÀN ÑOÄNG TRONG MAÙY PHAÙT ............................... Chöông 5 Söï Bieán Ñoåi Naêng Löôïng Vaø Moâ Hình Heä Thoáng Phaùt Ñieän Gioù 5.1 MOÁI QUAN HEÄ GIÖÕA COÂNG SUAÁT VAØ TOÁC ÑOÄ: 5.2 MO HÌNH TURBINE GIOÙ: ................................................................... 5.2.1 MO HÌNH VEÀ ÑIEÄN ............................................................... 5.2.2 MO HÌNH VEÀ CÔ: .................................................................. 5.3 VAÄN HAØNH MAÙY PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ TRONG HEÄ THOÁNG ÑOÄC LAÄP 5.3.1 HEÄ THOÁNG GIOÙ ÑOÄC LAÄP: 5.3.2 HEÄ THOÁNG GHEÙP VÔÙI DIESEL: .......................................... 5.4 VAÄN HAØNH MAÙYPHAÙT ÑIEÄN GIOÙ TRONG HEÄ THOÁNG LÔÙN: .... 5.5 KEÁT LUAÄN: .......................................................................................... 5.5.1: VAÄN HAØNH TRONG HEÄ THOÁNG LÔÙN:.............................. 5.5.2. KHI VAÄN HAØNH TRONG HEÄ THOÁNG NHOÛ: ..................... Chöông 6 Moâ Phoûng Moät Soá Moâ Hình Heä Thoáng Phaùt Ñieän Gioù 6.1 TURBINE GIOÙ SÖÛ DUÏNG MAÙY PHAÙT KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ (IG)[7]: ................................................................................................................... 6.1.1 MO TAÛ CHUNG:..................................................................... 6.1.2. KHAI BAÙO THAM SOÁ: .......................................................... 6.1.3 KEÁT QUAÛ MO PHOÛNG WIND FARM 9MW: ....................... 6.2 TURBINE GIOÙ SÖÛ DUÏNG MAÙY PHAÙT KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ LAÁY NAÊNG LÖÔÏNG TÖØ STATO VAØ ROTO (DFIG): ................................................. 6.2.1 MO TAÛ CHUNG:..................................................................... 6.2.2 CAÙC PHÖÔNG TRÌNH CÔ BAÛN: .......................................... 6.2.3. KHAI BAÙO THAM SOÁ: .......................................................... 8 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . Chöông 7 Keát Luaän 7.1 KEÁT LUAÄN ........................................................................................... 7.2 HÖÔÙNG PHAÙT TRIEÅN CUÛA ÑEÀ TAØI ................................................. 9 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . Chöông 2 LÒCH SÖÛ PHAÙT TRIEÅN VAØ HIEÄN TRAÏNG SÖÛ DUÏNG NAÊNG LÖÔÏNG ÑIEÄN GIOÙ 2.1 TOÅNG QUAN: Naêng löôïng gioù ñaõ ñöôïc söû duïng ít nhaát khoaûng 3000 naêm [5].cho ñeán khi ñaàu theá kyû 20 naêng löôïng gioù ñöôïc söû duïng nhaèm cung caáp löïc cô hoïc cho vieäc bôm nöôùc hay xay thoùc. Ôû thôøi ñieåm baét ñaàu cuûa neàn coâng nghieäp hieän ñaïi, vieäc duøng nguoàn naêng löôïng gioù thay ñoåi baát thöôøng ñöôïc thay theá bôûi nhöõng loaïi ñoäng cô ñoát trong hay heä thoáng ñieän maø noù ñöôïc xem nhö moät nguoàn naêng löôïng oån ñònh vaø thích hôïp nhaát. Vaøo ñaàu naêm thaäp nieân 70 theá kyû tröôùc vôùi côn soát giaù daàu ñaàu tieân ,noåi baäc nhaát laø söï xuaát hieän trôû laïi cuûa naêng löôïng gioù. Thôøi gian naøy, söï noåi baäc chính laø duøng naêng löôïng gioù thay theá naêng löôïng cô ñeå keùo maùy phaùt ñieän. Phöông phaùp naøy noù coù theå cung caáp nguoàn naêng löôïng ñieän tin caäy vaø xaùc thöïc hôn söû duïng caùc kyõ thuaät naêng löôïng khaùc. Trurbine gioù ñaàu tieân cho vieäc phaùt ñieän ñaõ ñöôïc thuyeát minh vaøo thôøi gian ñaàu cuûa theá kyû 20. kyõ thuaät ñöôïc caûi tieán töøng böôùc ñeán thaäp nieân 70. vaøo cuoái thaäp nieân 90 naêng löôïng gioù ñaõ quay trôû laïi nhö noät trong nhöõng nguoàn naêng löôïng quan troïng. Vì vaäy trong thaäp nieân qua cuûa theá kyû 21 treân theá giôùi cöù moãi ba naêm naêng suaát gioù taêng leân gaáp ñoâi. Giaù ñieän saûn xuaát töø gioù cuõng haï xuoáng coøn 1/6 laàn giaù ñieän cuûa nhöõng naêm 1980 vaø xu höôùng vaãn coøn tieáp tuïc giaûm [5] ñeán 2005 giaù ñieän saûn xuaát töø gioù coøn khoaûng 40% cuûa nhöõng naêm 80. Kyõ thuaät naêng löôïng gioù baûn thaân noù cuõng phaùt trieån veà kích côõ vaø coâng suaát raát nhanh, vaøo naêm 1985 coâng suaát laø 50kw cho caùnh quaït coù chieàu daøi laø 15m, ñeán naêm 1989 coâng suaát laø 300kw cho caùnh quaït coù chieuà daøi laø 30m, ñeán 2004 coâng suaát laø 4500kw -5000kw cho caùnh quaït coù chieà daøi laø 112 -128m 10 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . 50KW Ф15m 1985 naêm 1985 1989 1992 1994 1998 2003 2004 5000KW Ф128m 300KW Ф30m 1989 1992 1994 Coâng suaát (kw) 50 300 500 600 1500 3000-3600 4500-5000 2003 2004 Chieàu daøi caùnh quaït (m) 15 30 37 46 70 90-104 112-128 2.2 LÒCH SÖÛ PHAÙT TRIEÅN NAÊNG LÖÔÏNG GIOÙ: 2.2.1 Maùy phaùt naêng löôïng cô Theo ghi cheùp veà coái xaây gioù sôùm nhaát laø loaïi truïc thaúng ñöùng. Coái xay gioù naøy ñöôïc moâ taû nhö laø moät thieát bò loâi keùo ñôn giaûn, noù ñöôïc söû duïng vaùo theá kyû thöù 7 tröôùc coâng nguyeân. Chi tieát ñaàu tieân veà coái xay gioù truïc ngangñöôïc tìm thaáy ôû nhöõng baøi lòch söû ôû, Ba-Tö, Taây Taïng vaøTrung Quoác vaøo khoaûng 1000 naêm sau coâng nguyeân, loaïi coái xay gioù naøy coù caùnh quaït vaø truïc naèm ngang, caùnh quaït quay quanh theo truïc chính. Töø Taây Taïng vaø Trung Ñoâng, loaïi coái xaây gioù truïc ngang truyeàn baù sang caùc quoác gia thuoäc ñòa Trung Haõi vaø trung taâm Chaâu Aâu. Coái xay gioù xuaát hieän ôû Anh vaøo khoaûng naêm 1150, ôû Phaùp vaøo khoaûng naêm 1180, ôû Ñöùc vaøo naêm 1222, vaø ôû Ñan Maïch vaøo naêm 1259. Ôû Chaâu Aâu, coái xaây gioù ñöôïc phaùt trieån vaø caûi tieán töø theá kyû 12 ñeán theá kyû 19. vaøo nhuõng naêm cuoái theá kyû 19, coái xay gioù ôû Chaâu AÂu ñaõ söû duïng loaïi 11 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . coù ñöôøng kính caùnh quaït 25m ñeå chuyeån haøng hoùa, vaät duïng leân ñoä cao 30m, coái xay gioù khoâng chæ duøng ñeå ngieàn luùa maø coøn duøng ñeå chuyeån haøng hoùa, chuyeån nöôùc ñeán caùc hoà, ñaàm laày. Vaøo naêm 1800 chæ ôû Phaùp ñaõ söû duïng khoaûng 20000 coái xay gioù, ôû Haø Lan 90% coâng suaát cô söû duïng trong coâng nghieäp laø laáy töø naêng löôïng gioù. Nhöng vaøo naêm 1904 naêng löôïng gioù chæ chieám khoaûng 11% söû duïng trong ngaønh coâng nghieäp ôû Haø Lan, coøn ôû Ñöùc coù khoaûng 18000 coái xay gioù ñang söû duïng. Khi coái xay gioù ôû Chaâu Aâu daàn daàn bieán maát thì ôû Baéc Myõ baét ñaàu phoå bieán, chuû yeáu laø loaïi coái xay gioù nhoû duøng trong coâng vieäc bôm nöôùc vaø phuïc vuï trong noâng nghieäp, vaøo giöõa naêm 1920 vaø 1930 coù khoaûng 600000 coái xay ñang hoaït ñoäng. 2.2.2 Maùy phaùt naêng löôïng ñieän: Vaøo naêm 1891, Dane Poul Lacour ñaõ xaây döïng moät nhaø maùy turbine gioù ñaàu tieân ñeå phaùt ñieän, kyõ sö Danish ñaõ caûi tieán kyõ thuaät trong chieán tranh theá giôùi thöù vaø 2 ñeå chieán thaéng laïi naêng löôïng thieáu huït, loaïi turbine gioù Danish coâng ty F.L.Smidth xaây döïng vaøo naêm 1942 laø söï baùo hieäu cho caùc turbine phaùt ñieän gioù. Turbine Smidsh laø ñaàu tieân söû duïng kieå caùnh quaït, laø neàn taûng aùpp duïng söï hieåu bieát veà khí ñoäng löïc hoïc trong thôøi gian naøy. Cuøng thôøi gian naøy Palmer Putnam cuûa Myõ xaây döïng moät turbine gioù khoång loà cho coâng ty Morgan Smith cuûa Myõ vôùi ñöôøng kính laø 53m, noù khoâng nhöõng coù kích thöôùc ñaùng keå maø thieát keá cuõng khaùc so vôùi luùc baáy giôø. Trieát lyù Danish laø neàn taûng cho loaïi turbine hoaït ñoäng ôû toác ñoä thaáp. Tuy nhieân turbine cuûa Putnam khoâng thaønh coâng vaø noù bò phaù huûy trong 1945, baûng döôùi ñaây moâtaû veà lòch söû quan troïng cuûa turbine gioù. Turbine vaø Quoác gia Ñöôøng kính (m) A (m2) Coâng suaát (kw) Soá caùnh quaït Poul Lacour, Ñan maïch Smith Putnam, USA F.L Smidth, Ñan Maïch F.L Smidth, Ñan Maïch Gedser, Ñan Maïch Hutter, Ñöùc 23 53 17 24 24 34 408 2231 237 456 452 908 18 1250 50 70 200 100 4 2 3 3 3 2 H (m ) 34 24 24 25 22 naêm 1891 1941 1941 1942 1957 1958 A: Dieän tích vuøng caùnh quaït queùt qua H: Chieàu cao turbine Sau chieán tranh theá giôùi thöù 2, Johannes Juul ôû Ñan Maïch ñaõ phaùt trieån trieát lyù thieát keá cuûa Danish hôn nöõa, turbine gioù cuûa oâng ta ñöôïc laép ñaët ôû Gedser, 12 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . Ñan maïch phaùt khoaûng 2.2 trieäu kwh ñieän naêng vaøo giöõa naêm 1956 vaø 1967. cuõng thôøi gian naøy, German Hutter ñaõ phaùt trieån theo höôùng môùi. Turbine cuûa Hutter ñöôïc bieát ñeán do hieäu suaát cao cuûa noù. Maëc duø nöõng thaønh coâng ban ñaàu cuûa turbine gioù cuûa Juul vaø Hutter ñöôïc quan taâm roäng raõi nhöng noù laïi suy suïp sau chieán tranh theá giôùi thöù 2 2.3 SÖÛ DUÏNG NAÊNG LÖÔÏNG GIOÙ TREÂN THEÁ GIÔÙI Nhöõng phaàn döôùi ñaây mieâu taû tình hình söû duïng naêng löôïng gioù cuûa moät soá nôi treân theá giôùi ôû nhöõng naêm cuoái theá kyû 20 vaø ñaàu theá kyû 21, veà vieäc keát noái heä thoáng phaùt ñieän gioù leân löôùi ñieän vaø hoaït ñoäng ñoäc laäp 2.3.1 Moâ taû ngaén goïn veà keát noái heä thoáng ñieän cuûa naêng löôïng ñieän gioù treân theá giôùi: Naêng löôïng gioù laø naêng löôïng kyõ thuaät phaùt trieån nhanh nhaát vaoø thaäp nieân 90, söï phaân boá naêng löôïng gioù treân theá giôùi cho nhö baûng döôùi ñaây. Cho ñeán cuoái naêm 2003 naêng löôïng gioù laép ñaët ôû Chaâu AÂu chieám 74% naêng löôïng gioù treân theá giôùi, 18% ôû Baéc Myõ, 8% ôû chaâu AÙ va ønôi khaùc Nôi laép ñaët Chaâu Aâu Baéc Myõ Nam vaø trung Myõ Chaâu AÙ vaø Ñaïi Döông Trung ñoâng vaø chaâu phi 1995 2518 1676 11 626 13 Coâng suaát laép ñaët tính ñeán cuoái naêm (MW) 1997 1999 2000 2001 2002 4766 9307 12972 17500 21319 1611 2619 2695 4245 4708 38 87 103 135 137 1149 1403 1795 2330 2606 24 39 141 147 149 2003 28706 6677 139 3034 150 13 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . 2.3.2 Ôû chaâu AÂu: Töø giöõa cuoái naêm 1995 vaø keát thuùc 2003, Chaâu Aâu chieám khoaûng 76% trong toång soá naêng löôïng keát noái vôùi heä thoáng treân theá giôùi, ñöôïc phaân boá theo caùc quoác gia nhö baûng sau: Quoác Gia Ñöùc Ñan Maïch Taây Ban Nha Haø Lan Anh Thuïy Ñieån Yù Hy Laïp Ai Len Boà Ñaøo Nha Aùo Phaàn Lan Phaùp Na Uy Luxemboug Bæ Thoå Nhó Kyø CH Seùc Ba Lan Nga Ukraine Thuïy Só Latvia Hungary Estonia Cyprus Slovakia Romania Coâng suaát ñaët tính vaøo cuoái naêm (MW) 1995 2003 14609 1136 3110 619 6202 145 912 236 649 200 399 67 904 25 375 28 186 7 299 13 415 3 51 7 239 7 101 4 22 0 68 0 19 0 10 7 57 1 7 5 57 1 5 0 24 0 3 0 3 0 2 0 3 0 1 0 14 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . Toång coäng 2518 28705 Caùc quoác gia coù naêmg löôïng gioù vôùi coâng suaát laép ñaët laø lôùn nhaát chaâu Aâu laø: Ñöùc , Ñan Maïch vaø Taây Ban Nha. Coâng suaát trung bình cuûa turbine gioù ôû Ñöùc trong nhöõng naêm gaàn ñaây Naêm 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Coâng suaát trung bình (kw) 66.9 143.4 164.3 168.8 178.6 255.8 370.6 472.2 530.5 628.9 785.6 935.5 1114 1278 1394 1650 2.3.3 ÔÛ baéc Myõ: Sau söï coá noå nhaø maùy naêng löôïng gioù ôû California vaøo giöõa naêm 1980, söï phaùt trieån veà naêng löôïng gioù coù tín hieäu giaûm ñi ôû baéc Myõ. Vaøo giöõa nhöõng naêm 1990 söï phaù huûy caùc caùc caùnh ñoàng gioù cuû ñeå thay vaøo ñoù laø söï laép ñaët caùc nhaø maùy ñieän gioù coù coâng suaát laép ñaët bò giaûm caáp ñi. Vaøo 1998 vieäc noå nhaø maùy ñieän gioù laàn thöù hai ôû Myõ. Thôøi gian naøy, Production Tax Credit ñaõ boû ra 0.016-0.017$/kwh ñeå nuoâi soáng caùc coâng trình, döï aùn veà caùc nhaø maùy ñieän gioù trong 10 naêm. Giöõa 1998 vaø 1999 coù hôn 800MW cuûa heä thoáng phaùt naêng löôïng ñieän gioù môùi ñöôïc laép ñaët ôû Myõ. Noù bao goàm khoaûng 120 -250 MW naêng löôïng laáy laïi töø caùc caùnh ñoàng gioù ôû California. Ñieåm gioáng nhau laø töø giöõa ñeán keát thuùc 2001 vaø 2003 coù 1600MW ñöôïc laép ñaët. 15 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . Sau ñaây laø baûng lieät keâ coâng suaát cuûa nhaø maùy ñieän gioù ôû moät soá nôi taïi Myõ vaøo cuoái naêm 2003. 16 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . Bang California Texas Minesota Iowa Wyoming Oregon Washington Colorado New Mexico Pennsylvania Oklahoma Kansas North Dakota West Virginia Wisconsin Illinois New York South Dakota Hawaii Nebraska Vermont Ohio Tennessee Alaska Massachusetts Michigan Coâng suaát laép ñaët (MW) 2042 1293 562 471 284 259 243 223 206 129 176 113 66 66 53 50 49 44 18 14 6 2 2 1 1 1 Toång coäng 6350 Loaïi kích thöôùc cuûa turbine gioù ñöôïc laép ñaët ôû baéc Myõ vaøo cuoái 1990 laø khoaûng giöõa 500 – 1000kw. Vaøo naêm 1999 loaïi turbine haøng megawatt ñaàu tieân ñöôïc laép ñaët. Baét ñaàu vaøo 2001 nhieàu döï aùn, coâng trình ñaõ söû duïng turbine gioù coâng suaát megawatt. Tuy nhieân so saùnh vôùi chaâu Aâu, kích thöôùc toaøn boä cuûa caùnh ñoàng gioù thöôøng lôùn hôn. Ñieån hình ôû baéc Myõ coâng suaát caùnh ñoàng gioù laø lôùn hôn 50MW, vôùi moät vaøi döï aùn leân ñeán 200MW. Caùc döï aùn , coâng 17 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . trình ôû chaâu Aâu coâng suaát thöôøng 20 ñeán 50 MW, lyù do laø ôû trung Aâu maät ñoä daân soá ñoâng ñuùc neân khoâng gian giôùi haïn. 2.3.4 Nam vaø trung Myõ Maëc duø nguoàn naêng löôïng gioù lôùn ôû nhieàu vuøng cuûa nam vaø trung Myõ nhöng vieäc phaùt trieån naêng löôïng ñieän gioù laø raát chaäm, nhö baûng sau: Coâng suaát laép ñaët naêng löôïng ñieän gioù ôû Nam vaø Trung Myõ vaøo cuoái naêm 2003: Quoác gia Costa Rica Argentina Brazil Caribbean Mexico Chile Toång coäng Cfoâng suaát ñaët (MW) 71 26 22 13 5 2 139 Nguyeân nhaân chính laø do caùc vaán ñeà veà giaù caû duøng ñieän veà caùc nguoàn vieän trôï taøi chính cuûa nöôùc ngoaøi vaø chính phuû. 2.3.5 Chaâu AÙ vaø chaâu Ñaïi Döông: AÁn ñoä ñaõ ñaït ñöôïc söï phaùt trieån to lôùn veà vaán ñeà laép ñaët turbine gioù vaøo giöõa thaäp nieân 90 theá kyû 20, söï taêng voït veà giaù caû ôû Aán ñoä vaøo 1992-1993, chính phuû baét ñaàu saün saøng hoã trôï vaø khuyeán khích cho vieäc ñaàu tö vaøo naêng löôïng taùi taïo. Phaùt trieån naêng löôïng gioù ôû Trung Quoác troãi leân nhôø chöông trình vieän trôï cuûa theá giôùi, maëc duø moät soá chöông trình cuûa chính phuû ñeå ñaåy maïnh naêng löôïng gioù. Ôû Nhaät söï phaùt trieån troãi leân bôûi vieäc thöû theå hieän caùc kyõ thuaät turbine gioù khaùc nhau. Vaøo cuoái 1990, coâng trình naêng löôïng gioù mang tính thöông maïi ñaàu tieân baét ñaàu hoaït ñoäng ôû moät ñaûo cuûa Hokkaido toát nhö Okinawa. Quan taâm veà naêng löôïng gioù ñoù laø vaán ñeà phaùt trieån kieân ñònh ôõ Nhaät. Cuõng thôøi gian naøy coâng trình naêng löôïng gioù ñaàu tieân trôû thaønh hieän thöïc ôû New Zealand vaø Uùc. Coâng suaát turbine gioù ôû Aán Ñoä va Trung Quoác laø quanh giaù trò 300-600KW. Tuy nhieân moät soá turbine coâng suaát megawatt cuõng ñöôïc laép ñaët, Uùc, New Zealand vaø Nhaät laø 1-1.5MW . Baûng sau lieät keâ coâng suaát ôû moät soá quoác gia chaâu AÙ vaø chaâu Ñaïi Döông ñeán cuoái naêm 2003: 18 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . Quoác gia Aán Ñoä Trung Quoác Nhaät Baûn Uùc New Zealand Haøn Quoác Ñaøi Loan Sri Lanka Toång coäng Coâng suaát gioù laép ñaët (MW) 1900 468 401 196 50 8 8 3 3034 2.3.6 Trung Ñoâng vaø chaâu Phi: Naêng löôïng gioù phaùt trieån ôû chaâu Phi raát chaäm. Haàu nhö caùc döï aùn, coâng trình ñoøi hoûi coù söï chaáp nhaän cuûa moät toâ chöùc vieän trôï naøo ñoù cuûa theá giôùi, chæ coù moät soá ít vuøng ñöôïc chaáp nhaän, moät soá döï aùn ñöôïc leân keá hoaïch ôû Ai-Caäp, ñieàu naøy ñöôïc chính phuû laøm trung gian cho cô quan naêng löôïng môùi vaø taùi taïo seõ coù döï aùn xaây döïng 600MW gaàn thaønh phoá Zafarana. Döï aùn ñöôïc leân keá hoaïch ôõ Marocco vaø Jordan cuøng coâng suaát laø 25 (MW), caùc loaïi turbine duøng trong caùc vuøng naøy thöôøng laø xung quanh 300KW, nhöng cuõng coù moät soá nhaø maùy duøng loaïi turbine 500-600KW trong caùc döï aùn töông lai Baûng sau lieät keâ coâng suaát ôû moät soá quoác gia Trung Ñoâng vaø chaâu Phi ñeán cuoái naêm 2003: Quoác gia hay vuøng Ai Caäp Maroc Iran Israel Jordan Rest of Africa Toång coäng Coâng suaát ñieän gioù laép ñaët (MW) 69 54 11 8 2 3 150 2.3.7 Vaán ñeà veà kinh teá cuûa naêng löôïng gioù: Hôn 10 naêm qua giaù cho vieäc laép ñaët moät turbine gioù giaûm ñi 20%. Vaø soá löôïng tur bine cuõng taêng leân gaáp ñoâi. Soá löôïng caùc turbine gioù coâng suaát lôùn cuõng taêng leân gaáp ñoâi trong moãi naêm. 19 KHAÛO SAÙT MO HÌNH HEÄ THOÁNG PHAÙT ÑIEÄN GIOÙ . 2.4 CAÙC VAÁN ÑEÀ VEÀ NAÊNG LÖÔÏNG ÑIEÄN GIOÙ ÔÛ VIEÄT NAM: Việt Nam laø vuøng coù tieàm naêng năng lượng gioù chưa được điều tra ñaùnh giaù đầy đủ, tuy nhieân coù thể nhận thấy rằng một số vuøng thuộc caùc hải đảo vaø ven biển miền Trung lại coù tốc độ gioù khaù cao, phuø hợp với phaùt điện gioù. Bảng sau ñaây trình baøy tốc độ gioù tại một số địa phương ở cao độ 10m. Ñòa phöông Lai Chaâu Laøo Cai Haø Noäi Ñaûo Coâ Toâ Nam Định Bạch Long Vĩ Phuù Quyù Hoøn Ngö Hội An Khe Sanh VTB (m/s) 2,9 4.2 2.0 4.2 3.8 7.1 6.5 3.9 6 3 Địa Phương Nha Trang Trường Sa Tp Hồ Chí Minh Buoân Meâ Thuoäc Phuù Quoác Vuõng Taøu Pleiku Raïch Giaù Hoøn Daáu Quy Nhơn VTB (m/s) 2,8 5,9 2,8 3,3 6,2 3,1 2,8 2,3 5,0 4,9 Caùc kết quả khảo saùt cho thấy, nhiều hải đảo, caùc tænh duyeân hải từ Bình Định đến Bình Thuận, Taây Nguyeân vaø daõy Trường Sơn thuộc caùc tỉnh phía Bắc Trung bộ Việt Nam laø những khu vực thuận lợi để lắp đặt hệ thống turbine gioù. Tốc độ gioù cần thiết tại trục turbine (coù cao độ khoảng 40 – 60m) cho vận haønh thương mại vaøo khoảng 6 - 7m/s. Tốc độ gioù trung bình của Việt Nam ở độ cao caùch mặt đất 30m theo ñaùnh giaù laø khoảng 4 - 5 m/s ở caùc vuøng bờ biển. Ở một vaøi hoøn đảo độc lập con số naøy ñaït treân 9m/s, phuø hợp việc tận dụng loại năng lượng naøy. Từ những năm 80 trở laïi ñaây nhieàu nhaø khoa học vôùi caùc coâng trình, đề taøi nghieân cứu ñaõ tập trung nghieân cứu nguồn năng lượng gioù ñeå phaùt điện. Tuy nhieân, caùc nghieân cứu mới chỉ dừng lại ở coâng suất thấp (từ vaøi trăm đến 1.000W). caùc nghieân cöùu naøy nhằm cung cấp điện cho caùc hộ gia đình vuøng saâu, vuøng xa, hải đảo, nơi maø lưới điện quốc gia chưa vươn tới. Định hướng naøy cũng ñaõ được đề cập đến trong kế hoạch phaùt triển nguồn điện đến năm 2010 của taäp ñoaøn Điện Lực Việt Nam (EVN). Trong định hướng kế hoạch phaùt triển năng lượng gioù đến năm 2030 sẽ naâng tổng coâng suất caùc nhaø maùy ñieän gioù tại Việt Nam leân 400MW. 20