Tài liệu Nghiên cứu và xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH --------------------------- LÊ VĂN CHUNG NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH --------------------------- LÊ VĂN CHUNG NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số ngành: 60520202 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ Công nghệ TP. HCM, ngày … tháng 12 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: 1. …………………………………………………………… 2. …………………………………………………………… 3. …………………………………………………………… 4. …………………………………………………………… 5. …………………………………………………………… Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH - ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc TP. HCM, ngày..… tháng….. năm 2013 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ VĂN CHUNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 02/ 09 1974 Nơi sinh:Thanh Hóa Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV: 1241830001 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tổng quan năng lượng gió Cơ sở lý thuyết . Xây dựng mô hình toán máy phát không đồng bộ nguồn kép Thiết kế bộ PID mờ điều khiển máy phát không đồng bộ Mô hình và kết quả mô phỏng dùng bộ PID mờ điều khiển III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Tháng 06 năm 2013 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Tháng 12 năm 2013 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. Hồ Chí Minh, ngày …… tháng 02 năm 2014 BẢN CAM ĐOAN Họ và tên học viên: Lê Văn Chung ............................................................................................. Ngày sinh: 02/ 09/ 1974 ............................... Nơi sinh: Thanh Hóa ........................................... Trúng tuyển đầu vào năm: 2012 ................... ............................................................................. Là tác giả luận văn: NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã ngành: 60520202 Bảo vệ ngày: 18 Tháng 01 năm 2014 Điểm bảo vệ luận văn: 7,4 Tôi cam đoan chỉnh sửa nội dung luận văn thạc sĩ với đề tài trên theo góp ý của Hội đồng đánh giá luận văn Thạc sĩ. Các nội dung đã chỉnh sửa: Bổ sung vấn đề thu phát Q của máy phát không đồng bộ nguồn kép........................................... ..................................................................... ............................................................................. ..................................................................... ............................................................................. ..................................................................... ............................................................................. ..................................................................... ............................................................................. ..................................................................... ............................................................................. ..................................................................... ............................................................................. ..................................................................... ............................................................................. ..................................................................... ............................................................................. Cán bộ Hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) Người cam đoan (Ký, ghi rõ họ tên) Lê Văn Chung 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NĂNG LƯỢNG GIÓ 1.1. Hiện trạng về phát triển Điện gió trên thế giới 1.1.1. Giới thiệu chung tình hình năng lượng hiện nay Mặc dù trong những năm gần đây nền kinh tế thế giới có những biến động rất to lớn về mọi mặt, từ việc suy thoái tài chính, biến đổi khí hậu dẫn đến thiên tai, lũ lụt, động đất thường xuyên nhưng nhìn chung bức tranh kinh tế và tài chính toàn cầu trong thập kỷ qua vẫn tăng trưởng. Do đó mà nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao, trong khi các nguồn năng lượng truyền thống ngày càng cạn kiệt, các nguồn năng lượng tái tạo hiện đang được các nước quan tâm rộng rãi. Tỷ suất tăng trưởng của toàn thế giới về các dạng năng lượng điện năm 1990-2000 là: năng lượng gió (NLG): 32%; năng lượng mặt trời: 20,1%; khí thiên nhiên: 1,6%; dầu mỏ: 1,2%; năng lượng nguyên tử: 0,6%; than đá: 1%. Như vậy tỷ suất tăng trưởng của năng lượng tái tạo cao hơn nhiều so với năng lượng truyền thống. Trong đó điện gió có tốc độ tăng trưởng cao nhất. Cũng theo báo cáo của Ủy ban NLG thế giới, tổng công suất điện gió được lắp đặt trong năm 2010 là 194,5 GW, tăng 22,5% so với năm 2009 (với tổng công suất lắp đặt là 159 GW). Năm nước đứng đầu trong phát triển điện gió gồm: Trung Quốc với tổng công suất lắp đặt là 42,3GW, Mỹ là 40, 2GW, Đức là 27,2GW, Tây Ban Nha là 20,7GW và Ấn Độ là 13GW.[1, 2] 1.1.2. Tình hình phát triển năng lượng tái tạo bằng sức gió ở một số nước - Đức: Là nước dẫn đầu về phát triển điện gió. Đến cuối năm 2003, tổng công suất lắp đặt điện gió của nước Đức đã đạt đến 14,600MW, chiếm hơn 1/3 công suất lắp đặt điện gió của toàn thế giới, chiếm hơn một nửa của toàn Châu Âu. Lượng khí thải hiệu ứng nhà kính của Đức mấy năm gần đây đã giảm 17 triệu tấn, là một sự đóng góp rõ rệt của nước Đức trong việc thực hiện “Nghị định thư Kyoto”, tăng thêm lòng tin cho nước Đức về phát triển bền vững. Năm 2004, tổng lượng điện gió chiếm 5,3% tổng lượng điện toàn quốc, dự kiến đến năm 2010 sẽ chiếm đến 8%. Nước Đức đã có quy hoạch dài hạn mới về phát triển điện gió, mục tiêu là đến năm 2025 sẽ đưa tỷ lệ trên lên ít nhất 25%, đến năm 2050 là 50%. Mặt khác, một quyết 4 sách quan trọng nữa là tuyên bố trong vòng 30 năm, 19 nhà máy điện nguyên tử hiện đang chiếm 30% lượng cung ứng điện sẽ lần lượt bị đóng cửa. - Đan Mạch: Là một nước nhỏ nhất Bắc Âu với diện tích hơn 4,300km2, dân số khoản 5 triệu dân mà có đến 65,000 người tham gia làm nghề điện gió; tổng thu nhập đã đạt đến 3 tỷ Euro. Nghề chế tạo máy phát điện gió của Đan Mạch đã trở thành một động lực lớn của nền kinh tế, đó là một ví dụ thành công về thương mại hóa trong lĩnh vực này. Từ năm 1976 đến 1995, Đan Mạch đã đầu tư 100 triệu USD vào công việc nghiên cứu và phát triển NLG. Chính phủ Đan Mạch bù lỗ cho mỗi chiếc máy phát điện gió bằng 30% giá thành của nó, áp dụng chế độ ưu đãi về thuế cho những người sử dụng điện gió, đối với các hộ dùng nhiên liệu hóa thạch thì đánh thuế ô nhiễm không khí. Kết quả là mục tiêu 10% năng lượng sạch của kế hoạch năng lượng được thực hiện sớm trước 3 năm. Năm 2003 lại đặt kế hoạch đến năm 2030 điện gió sẽ đáp ứng một nửa yêu cầu về điện. Năm 2000 và 2003 mỗi năm xây dựng 1 trang trại điện gió ở gần bờ biển Bắc, trang trại điện gió trên biển Middle Grunder là trang trại điện gió trên biển lớn nhất thế giới hiện nay, công suất lắp đặt 40MW gồm 20 máy, mỗi máy 2MW. Năm 2008, Đan Mạch đã lắp đặt thêm 5 trang trại điện gió, tổng công suất lắp đặt là 750MW. Theo tin đã đưa chính phủ Đan Mạch đã cùng với các xí nghiệp ký kết hợp đồng xây dựng trên mặt biển Bantich một số nhà máy phát điện gió có tổng công suất 4,000MW. - Mỹ: Sau một thời kỳ ảm đạm về điện gió của thập kỷ 90 thế kỷ XX, đến nay nước Mỹ đã trở thành một trong những thị trường lớn nhất về điện gió. Hiện 27 Bang đã có các công trình điện gió lớn. Đến cuối năm 2003 tổng công suất lắp đặt điện gió đã đạt 6,370MW. Chính phủ Liên bang Mỹ đã có chính sách ưu đãi đối với điện gió: mua thiết bị điện gió được miễn thuế hoàn toàn, đồng thời sau khi đưa vào hoạt động còn miễn giảm một phần thuế sản xuất, cứ phát ra 1kWh được giảm thuế 1,5cent USD. Tại miền Tây nước Mỹ đã lắp đặt 450 máy phát điện gió cỡ lớn có tổng công suất là 300MW, là trang trại điện gió lớn nhất thế giới hiện nay. Tại bờ biển bang California các máy phát điện gió có bán kính cánh quạt là 50m lần lượt dựng lên, công suất điện của một máy là 5,000 KW, Nhân kỷ niệm 3 năm sự kiện 5 11/9 sẽ khởi công xây dựng tháp Tự Do, trên bãi đất bị tàn phá của tòa tháp đôi Trung tâm thương mại quốc tế NewYork, trên đỉnh tháp sẽ lắp đặt một máy phát điện gió, nhằm cung cấp 20% lượng điện tiêu thụ của tòa nhà đó. - Tây Ban Nha: Ngày 30/12/1999, Hội nghị Liên tịch Bộ trưởng Tây Ban Nha đã thông qua kế hoạch phát triển năng lượng tái tạo 2000-2010, có quy hoạch tương đối cụ thể về phát triển năng lượng gió. Mục tiêu là đến năm 2010 sản lượng phát điện của các loại năng lượng tái tạo phải đạt đến 12% tổng lượng phát điện toàn quốc. Kế hoạch phát triển đó đã đưa ra phân tích kỹ lưỡng về các mặt kỹ thuật, ảnh hưởng đối với môi trường, tính toán giá thành đầu tư, những trở ngại, các biện pháp khuyến khích, dự báo về thị trường… của việc phát triển NLG, có tính khả thi rất cao. - Pháp: Ngày 23/4/2004 nước Pháp đóng cửa mỏ than cuối cùng, từ đó kết thúc việc khai thác than. Đó là hình ảnh thu nhỏ và là mốc lịch sử quan trọng của việc phát triển nguồn năng lượng của thế giới. Pháp là một nước chiếm vị trí hàng đầu trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân, nhưng đến nay đã đưa việc phát điện bằng sức gió lên vị trí chiến lược. Pháp đã hoạch định một kế hoạch trung kỳ phát triển điện gió. Theo kế hoạch đó, năm 2007 sẽ lắp thêm 1000MW - 3000MW thiết bị điện gió, đến năm 2010 sẽ có 3000MW đến 5000MW điện gió đưa vào vận hành. Theo tính toán sau khi kế hoạch nói trên được thực thi mỗi năm sẽ giảm được 3 triệu đến 6 triệu tấn khí thải CO2. Điện gió hiện nay đang có tốc độ tăng trưởng mỗi năm hơn 60%. - Nhật Bản: Năm 2002 Nhật Bản đã lắp đặt 486MW điện gió, năm 2003 đã có 730MW, năm 2004 đã có 936MW. Đến năm 2010 tổng công suất lắp đặt điện gió sẽ đạt 3000MW. Chính sách năng lượng mới của Nhật Bản quy định, các Công ty điện lực có nghĩa vụ mở rộng việc sử dụng điện gió, một là tự mình phải phát điện gió, mặt khác phải mua điện gió của các Công ty khác, mỗi năm đều có chỉ tiêu quy định. 6 Nhật Bản phấn đấu tự sản xuất hoàn toàn thiết bị điện gió, đồng thời hướng đến xuất khẩu. Máy phát điện gió của các Công ty Nhật Bản có nhiều tính năng ưu việt, tốc độ gió 1m/s đã có thể bắt đầu phát điện, công suất điện phát ra thường cao hơn 15 - 20% so với các thiết bị của các nước khác. Nhật Bản đặt mục tiêu đến năm 2030 điện gió sẽ có công suất lắp đặt là 11,800MW. - Trung Quốc: Năm 1986 tại Vinh Thành, Sơn Đông trang trại điện gió đầu tiên của Trung Quốc gồm 3 tổ máy, 55KW/1 máy, nhập từ Đan Mạch phát điện lên lưới. Đến tháng 10 năm đó tại trang trại điện gió Bình Đàm - Phúc Kiến cũng đưa vào hoạt động 4 tổ máy, 200KW/máy do chính phủ Bỉ tặng. Sau đó dựa vào nguồn vốn chính phủ cũng như một số viện trợ của nước ngoài đã có một số cơ sở phát điện gió được xây dựng nhằm mục đích nghiên cứu và làm mẫu. Theo quy hoạch phát triển trung dài hạn về điện gió toàn quốc, đến cuối năm 2005 tổng công suất lắp đặt phải là 1000MW, năm 2010 là 4000MW, năm 2015 là 10000MW, năm 2020 là 20000MW. Như vậy trong những năm từ 2011 đến năm 2020 bình quân mỗi năm công suất lắp đặt điện gió của Trung Quốc phải đạt 1600MW. [1, 2] 1.1.3. Tiềm năng năng lượng gió Việt Nam Nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam có một thuận lợi cơ bản để phát triển NLG. So sánh tốc độ gió trung bình trong vùng Biển Đông Việt Nam và các vùng biển lân cận cho thấy gió tại Biển Đông khá mạnh và thay đổi nhiều theo mùa. 7 Hình 1.1: Bản đồ tiềm năng điện gió Việt Nam. Tốc độ trung bình năm tại độ cao 65m. (Nguồn: Wind Resource Atlas of Southeast Asia 2001 (Màu vàng, đỏ có tốc độ gió trên 7m/s)). Trong chương trình đánh giá về Năng lượng cho Châu Á, Ngân hàng Thế giới đã có một khảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam (Bảng 2). Như vậy Ngân hàng Thế giới đã làm hộ Việt Nam một việc quan trọng, trong khi Việt Nam còn chưa có nghiên cứu nào đáng kể. Theo tính toán của nghiên cứu này, trong bốn nước được khảo sát thì Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất và hơn hẳn các quốc gia lân cận là Thái Lan, Lào và Campuchia. Trong khi Việt Nam có tới 8,6% diện tích lãnh thổ được đánh giá có tiềm năng từ “ tốt “ đến “ rất tốt “ để xây dựng các trạm điện gió cỡ lớn thì diện tích này ở Campuchia là 0,2%, ở Lào là 2,9%, và ở Thái-lan cũng chỉ là 0,2%. 8 Bảng 1.1: Tiềm năng về năng lượng gió của Đông Nam Á (ở độ cao 65m) Quốc gia Campuchia Lào Thái Lan Việt Nam Yếu Trung bình Tốt Rất tốt Lý tưởng <6m/s 6-7 m/s 7-8 m/s 8-9 m/s >9 m/s Diện tích 175.468 6.155 315 30 0 % diện tích 96,4% 3,4% 0,2% 0% 0% Tiềm năng (MW) NA 24.620 1.260 120 0 Diện tích % diện 184.511 38.787 6.070 671 35 tích 80,2% 16,9% 2,6% 0,3% 0% Tiềm năng (MW) NA 155,148 24.280 2.684 140 Diện tích 477.157 37.337 748 13 0 % diện tích 92,6% 7,2% 0,2% 0% 0% Tiềm năng (MW) NA 149.348 2.992 52 0 Diện tích 197.342 100.361 25.679 2.187 113 % diện tích 60,6% 30,8% 7,9% 0,7% 0,00% Tiềm năng (MW) NA 401.444 102,716 8.748 452 Tổng 26.000 182.252 152.392 513.360 (Nguồn: Ngân hàng Thế giới) Tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360 MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020 [1, 2]. Tất nhiên, để chuyển từ tiềm năng lý thuyết thành tiềm năng có thể khai thác, đến tiềm năng kỹ thuật, và cuối cùng, thành tiềm năng kinh tế là cả một câu chuyện dài; nhưng điều đó không ngăn cản việc chúng ta xem xét một cách thấu đáo tiềm năng to lớn về năng lượng gió ở Việt Nam. Nếu xét tiêu chuẩn để xây dựng các trạm điện gió cỡ nhỏ phục vụ cho phát triển kinh tế ở những khu vực khó khăn thì Việt Nam có đến 41% diện tích nông thôn có thể phát triển điện gió loại nhỏ. Nếu so sánh con số này với các nước láng giềng thì Campuchia có 6%, Lào có 13% và Thái Lan là 9% diện tích nông thôn có thể phát triển năng lượng gió. Đây quả thật là một ưu đãi dành cho Việt Nam mà chúng ta còn thờ ơ chưa nghĩ đến cách tận dụng. 9 Hình 1.2: Gió mạnh vào tháng 12 đến tháng 2 năm sau là sự bổ sung hữu ích cho các tháng thiếu nước của các thủy điện. (Nguồn: Wind Resource Atlas of Southeast Asia 2001). 1.1.3.1. Tốc độ gió, cấp gió Một trong các thông số đặc trưng của gió là tốc độ gió, kí hiệu là V, đơn vị có thể là m/s hay km/h. Căn cứ vào tốc độ gió người ta chia thành các cấp và bảng cấp gió được sử dụng phổ biến trên thế giới hiện nay là bảng cấp gió Beaufor với 12 cấp được cho ở bảng dưới đây.[1, 2] Bảng 1.2: Cấp gió Beaufor Tốc độ gió Áp suất gió trung Đặc điểm của Cấp gió 0 m/s Km/h bình (kg/m2) gió 0,0 ÷ 0,2 0,0 ÷ 1,0 0,0 Lặng gió 10 1 0,3 ÷ 1,5 1,0 ÷5,0 0,2 Gió êm 2 1,6 ÷ 3,3 6,0 ÷ 11 0,9 Gió nhẹ 3 3,4 ÷ 5,4 12 ÷ 19 2,2 Gió yếu 4 5,5 ÷ 7,9 20 ÷ 28 4,5 Gió vừa 5 8,0 ÷ 10,7 29 ÷ 38 7,8 Gió mát 6 10,8 ÷ 13,8 39 ÷ 49 12,5 Gió hơi mạnh 7 13,9 ÷17,1 50 ÷ 61 18,8 Gió mạnh 8 17,2 ÷ 20,7 62 ÷ 74 27,0 Gió rất mạnh 9 20,8 ÷ 24,4 75 ÷ 88 37,5 Gió bão 10 24,5 ÷ 28,4 89 ÷ 102 51,1 Bão 11 28,5 ÷ 32,6 113 ÷ 117 69,4 Bão mạnh 12 32,7 ÷ 36,9 118 ÷ 133 89,0 Bão rất mạnh (Nguồn: Thang sức gió Beaufort) Trong thiên nhiên, gió thường xuyên thay đổi tốc độ vì vậy để đánh giá được tiềm năng từng vùng thường sử dụng các thông số gió trung bình Vtb, gồm trung bình năm tốc độ gió cực đại Vmax và tần suất xuất hiện các tốc độ gió gọi tắt là tần suất tốc độ gió. 1.1.3.2. Chế độ gió ở Việt Nam Việt Nam nằm ở khu vực gần xích đạo trong khoảng 80 đến 230 vĩ Bắc thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa. Gió ở Việt Nam có hai mùa rõ rệt: Gió Đông bắc và gió Đông nam với tốc độ gió trung bình vùng ven biển từ 4,5 đến 6 (m/s) (ở độ cao 10 đến 12m). Tại các đảo xa tốc độ gió đạt từ 6 đến 8 (m/s). Như vậy tuy không cao bằng tốc độ gió ở các nước Bắc Âu ở vĩ độ cao nhưng cũng đủ lớn để sử dụng động cơ gió có hiệu quả. 11 Ở các vùng đồng bằng, tốc độ gió nhỏ hơn 4 (m/s) do đó việc sử dụng động cơ gió khó đem lại hiệu quả, các vùng núi tốc độ gió còn thấp hơn trừ một vài vùng núi cao và những nơi có địa thế đặc biệt tạo ra những hành lang hút gió. Một đặc điểm nữa của Việt Nam là hàng năm có nhiều cơn bão mạnh kèm theo gió giật đổ bộ vào miền Bắc và miền Trung. Tốc độ gió cực đại đo được ở các cơn bão tại Việt Nam đạt tới 45 (m/s). Vì vậy khi nghiên cứu chế tạo động cơ gió ở Việt Nam phải chú ý đến chống bão và lốc. Bảng 1.3: Tiềm năng gió ở Việt Nam TT Tên địa phương Tốc độ trung Hệ số ảnh Mật bình Vtb năng công độ Mật năng suất lượng năm (m/s) lượng K gió (W/m2) (E = kWh/m2) 1 Bãi Cháy 3,3 2,9 64,0 562 2 Bạch Long Vĩ 7,3 2,2 119 4,487 3 Bạc Liêu 2,8 3,5 47,7 383,5 4 Cam Ranh 4,2 2,7 124,3 1065,7 5 Đảo Cô Tô 4,4 2,9 22,5 1317,9 6 Đồng Hới 6 3,9 3,1 108,6 952 7 Đảo Phú Quý 6,8 2,1 108 3554,2 8 Đà Lạt 3 4,5 66,2 580 9 Hà Nội 2,5 2,5 24,2 212,4 10 Lai Châu 2,0 3,0 22,5 131,8 11 Lạng Sơn 2,7 3,6 - 379,2 12 Nam Định 3,6 2,5 72,0 631 3,1 126,4 1176,5 3,2 22,5 751,1 14 Ninh Thuận, 6,8 Bình thuận 3,2 Pha Đin 15 Playku 3,1 4,1 69,6 610 16 Phú Quốc 3,7 3,3 97,5 855 13 độ 12 17 Quy Nhơn 4,1 3,1 106,6 935 18 Sóc Trăng 2,7 4,2 49,2 431 19 Thái Nguyên 2,3 2,5 22,5 154,3 20 Thanh Hóa 2,6 2,9 29,5 259 21 Tây Ninh 2,4 2,3 66,2 179,3 22 Tân Sơn Nhất 3,2 2,9 56,1 492 23 Trường Sa 6,3 2,1 307,1 2692 24 Rạch Giá 3,2 2,8 47,7 476 25 Văn Lý 4,3 2,3 72,0 933,5 26 Vũng Tàu 3,9 3,0 101,1 886 (Nguồn: Tiềm năng gió ở Việt Nam có thể đánh giá thông qua các số liệu về gió của cục Khí tượng Thủy văn) Trong bảng trên, vận tốc gió được đo ở độ cao 10 đến 12m. Các động cơ gió công suất lớn vài trăm đến 1000 (kW) thường được lắp trên độ cao 50 – 60m. Song các dữ liệu vận tốc gió ở độ cao trên 12m thì rất hiếm. Vì vậy một vài đơn vị đã tiến hành đo gió ở độ cao 50 – 60m tại một số điểm. Các số liệu đo đạc được ở độ cao trên tiệm cận thỏa mãn công thức sau: V = V1 1/5 (1.1) Trong đó: V: Vận tốc gió cần tìm trên độ cao h. V1: Vận tốc gió đo được gần mặt đất trên độ cao h1. Từ quan hệ trên, ta tìm được vận tốc gió trên độ cao 50m như sau[2]. Bảng 1.4: Bảng đo vận tốc gió trên độ cao 12m và 50m TT Tên địa phương 1 Bãi Cháy Tốc độ trung bình Vtb Tốc độ trung bình Vtb trên độ cao 12m (m/s) trên độ cao 50m (m/s) 3,3 4,4 13 2 Bạch Long Vĩ 7,3 9,7 3 Bạc Liêu 2,8 3,7 4 Cam Ranh 4,2 5,6 5 Đảo Cô Tô 4,4 5,8 6 Đồng Hới 3,9 5,2 7 Đảo Phú Quý 6,8 9,0 8 Đà Lạt 3 4,0 9 Hà Nội 2,5 3,3 10 Lai Châu 2,0 2,7 11 Lạng Sơn 2,7 3,6 12 Nam Định 3,6 4,8 14 Ninh Thuận, Bình 6,0 thuận Pha Đin 3,2 15 Playku 3,1 4,1 16 Phú Quốc 3,7 4,9 17 Quy Nhơn 4,1 5,4 18 Sóc Trăng 2,7 3,6 19 Thái Nguyên 2,3 3,0 20 Thanh Hóa 2,6 3,4 21 Tây Ninh 2,4 3,2 22 Tân Sơn Nhất 3,2 4,2 23 Trường Sa 6,3 8,4 24 Rạch Giá 3,2 4,2 25 Văn Lý 4,3 5,7 26 Vũng Tàu 3,9 5,2 13 8,3 4,2 (Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng Số 10/9-2011) 14 1.1.3.3. Tiềm năng và quy hoạch phát triển năng lượng điện gió Về mặt tiềm năng gió: Theo nghiên cứu của Ngân hàng thế giới (WB), tiềm năng điện gió. Bảng 1.5: Tiềm năng năng lượng gió ở Việt Nam (độ cao 65m) Tốc độgió Kém Khá (6- Tốt (7- Rất tốt Rất rất tốt trung bình (<6m/s 7m/s 8m/s) (8-9m/s) (>9m/s) 197.342 100.367 25.679 2.187 113 60,6 30,8 7,9 0,7 0,1 - 401.444 102.716 8.748 452 Tốc độgió trung bìng % trên tổng diện tích Tiềm năng (MW) (Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng Số 10/9-2011) Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long có tiềm năng NLG tương đối khá, nhất là khu vực duyên hải, tốc độ gió trung bình từ 7-7,5 m/s ở độ cao 65m. Đảo Côn Sơn có tiềm năng khá cao, tốc độ gió trung bình đạt 8-9 m/s. Hai huyện Duyên hải (tỉnh Trà Vinh) và huyện Thạnh Phú (tỉnh Bến Tre), tốc độ gió trung bình đạt 7-7,5 m/s. Khu vực Tây Nguyên của Việt Nam, vùng núi Bảo Lộc có tiềm năng gió khá lớn, tốc độ gió đạt 7-7,5 m/s (cao độ so với mực nước biển 800-1000m). Trong khi đó, khu vực Pleiku và Buôn Mê Thuột (cao độ so với mực nước biển 500m) cũng có tiềm năng NLG tương đối tốt, tốc độ gió đạt 7 m/s. Khu vực Duyên hải Nam Trung bộ của Việt Nam có tiềm năng rất tốt, tốc độ gió từ 8-9,5 m/s, tuy nhiên những nơi này thường tập trung ở vùng núi cao độ16002000m so với mực nước biển. Khu vực miền núi phía Tây Quy Nhơn và Tuy Hòa cao độ so với mực nước biển 1000-1200m, tốc độ gió đạt 7,5-7,8 m/s. Khu vực Huyện Ninh Phước (tỉnh Ninh Thuận), tốc độ gió trung bình 7-7,5 m/s. Khu vực Tuy Phong, Bắc Bình, bờ biển Nam Phan Thiết và đảo Phú Quý (tỉnh Bình Thuận) có tiềm năng năng lượng gió cũng khá lớn, trên các đỉnh núi khu vực Ninh Thuận, Bình Thuận và Lâm Đồng tốc độ gió trung bình lên đến 8-8,5 m/s. 15 Khu vực Bắc Trung Bộ, dãy Trường Sơn chạy dọc biên giới Lào-Việt, những nơi có cao độ 1800m, tốc độ gió trung bình có thể lên đến 8,5-9 m/s, có nơi lên đến 9,0-9,5 m/s. Tuy nhiên, một số nơi có khả năng phát triển điện gió được tìm thấy thuộc khu vực vùng núi đồi biên giới của Lào và Việt Nam về phía Tây của Huế, cao độ từ 400-800m tốc độ gió trung bình đạt đến 7-8 m/s. Khu vực đông Trường Sơn, cao độ 800-1200m cũng có tiềm năng gió tương tự, tốc độ gió trung bình 7,08,0 m/s. Tiềm năng năng lượng gió cho tua bin gió nhỏ, tập trung ở khu vực đồng bằng duyên hải phía Bắc của Huế, tốc độ trung bình ở độ cao 30m đo được vào khoảng 5,5-6,0 m/s và có nơi sát vùng duyên hải còn vượt quá 6,0 m/s. Vùng duyên hải của Quảng Ngãi và Trường Sơn Đông, tiềm năng gió ở mức khá tốt tập trung ở vùng núi cao có cao độ khoảng 1100m. Khu vực Miền Bắc, đặc biệt khu vực duyên hải gần Hải Phòng có tốc độ gió trung bình 6,5-7 m/s. Hải đảo ngoài khơi, đỉnh đồi tốc độ gió đo được lên đến hơn 7m/s, tuy nhiên sẽ giảm rất nhanh khi đi sâu vào trong đất liền. Tốc độ gió trung bình đo được đạt 8-9 m/s tại một số đỉnh núi cao độ1300-1800m so với mực nước biển. Vùng biên giới Lào-Việt Nam, vùng Đông Nam của Vinh và vùng đồi núi Đông Bắc biên giới Trung Quốc – Việt Nam cao độ 700-1000m có tiềm năng gió rất tốt. Về mặt quy hoạch phát triển năng lượng điện gió: Các tỉnh duyên hải miền Nam Việt Nam bao gồm 12 tỉnh: Ninh Thuận, Bình Thuận, Bà Rịa Vũng Tàu, TP. Hồ Chí Minh, Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau và Kiên Giang. Tuy nhiên, theo tài liệu [1, 2], các vùng có khả năng phát điện gió hiệu quả về mặt kinh tế (tốc độ gió và mật độ NLG trung bình năm ở độ cao 65m tương ứng đạt 7 m/s và 400 W/m2 trở lên) ở khu vực duyên hải miền Nam Việt Nam chủ yếu chỉ tập trung tại các tỉnh: Ninh Thuận, Bình Thuận, Lâm Đồng, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng (nghiên cứu thêm cả tỉnh Lâm Đồng thuộc vùng cao nguyên miền Nam). Để xác định tiềm năng điện gió và quy hoạch vùng khai thác cho 6 tỉnh này, sử dụng tài liệu [1, 2], kết quả đo gió tại 4 trạm: Tuy Phong – Bình Thuận (1/2005- 16 1/2006); Ninh Phước – Ninh Thuận (1/2005-1/2006); Xuân Trường – Đà Lạt (1/2006 đến nay); Duyên Hải – Trà Vinh (1/2006 đến nay) và sử dụng phần mềm chuyên dụng để tính toán cho được kết quả như sau (Bảng 1.6). Bảng 1.6: Tổng hợp điểm đánh giá của tất cả các vùng gió tiềm năng Vùng gió tiềm năng Tiêu chí 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 NLG 2,5 2 2 2 2 2 2 2 2,7 3,6 2,5 3,5 2 2,3 2 Hệ sốnhân: 4 10 8 8 8 8 8 8 8 10,8 14,4 10 14 8 9,2 8 KC đến lưới điện 4 5 5 5 4 5 5 4 4 2 3 2 5 4 2 Địa hình 4 4 3 4 4 5 5 5 3 3 3 5 4 2 VC, lắp dựng 5 5 4 5 3 4 4 4 3 3 3 1 5 3 2 Hướng địa hình 3 3 1 4 3 2 3 4 4 3 5 3 3 2 2 Sự đồng thuận 3 4 3 3 3 1 1 1 5 1 3 3 3 5 5 Chi phí đất 3 3 5 3 3 1 1 1 5 1 5 5 3 5 5 Cây 10m 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 Đất 4 5 2 4 4 5 5 5 3 3 3 3 5 4 4 Tác động MT 2 3 4 4 4 4 4 4 4 3 4 3 4 4 4 Quy mô 3 5 3 5 5 3 3 3 5 4 5 1 1 3 1 36 42 35 42 38 35 36 36 41 28 39 29 39 39 32 46 50 43 50 46 43 44 44 51,8 42,4 49 43 47 48,2 40 Tổng điểm ngoài NLG Tổng cộng (Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng Số 10/9-2011) - Tỉnh Ninh Thuận + Vùng tiềm năng 1: xã Phước Diêm, xã Phước Minh + Vùng tiềm năng 2: xã Phước Nam, xã Phước Minh + Vùng tiềm năng 3: xã Phước Nam + Vùng tiềm năng 4: xã Phước Hữu và Phước Nam + Vùng tiềm năng 5: xã Phước Hữu + Vùng tiềm năng 6: xã Phước Hữu, thị trấn Phước Dân và xã Phước Hậu 17 + Vùng tiềm năng 7: xã Phước Sơn và Phước Hậu + Vùng tiềm năng 8: xã Phước Hải và An Hải + Vùng tiềm năng 9: xã Phước Hải, xã Phước Nam và thị trấn Phước Dân + Vùng tiềm năng 10: xã An Hải và Phước Dinh + Vùng tiềm năng 11: xã An Hải và Phước Dinh + Vùng tiềm năng 12: xã Phước Dinh - Tỉnh Bình Thuận + Vùng tiềm năng 13: xã Phước Thể + Vùng tiềm năng 14: xã Bình Thạnh - Tỉnh Lâm Đồng + Vùng tiềm năng 15: xã Xuân Trường - TP Đà Lạt Dựa vào kết quả như trên, các vùng có triển vọng nhất để phát nhà máy điện gió là: 1. Vùng tiềm năng 9: xã Phước Hải, xã Phước Nam và TT Phước 2. Vùng tiềm năng 4: xã Phước Hữu, xã Phước Nam 3. Vùng tiềm năng 2: xã Phước Nam, xã Phước Minh Khả năng lắp đặt tại các vùng lần lượt là: 100 MW, 65 MW và 70 MW Căn cứ kết quả nghiên cứu có thể rút ra một số nhận xét như sau: - Tiềm năng gió ở miền Nam Việt Nam chủ yếu tập trung tại các tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận, Lâm Đồng, Bến Tre, Trà Vinh và Sóc Trăng. - Sơ bộ tiềm năng lắp đặt công suất điện gió đạt hiệu quả về mặt kinh tế tại khu vực các tỉnh duyên hải miền Nam Việt Nam đạt khoảng 800 MW (trên các vùng đất có tổng diện tích khoảng 17500 ha), tập trung tại Ninh Phước - Ninh Thuận, Tuy Phong - Bình Thuận và Xuân Trường - Đà Lạt. Tuy nhiên, con số thực tế có thể còn cao hơn do hiện tại chưa đánh giá hết tiềm năng gió của các tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận và Lâm Đồng. Trong tương lai, khi giá thành sản xuất điện gió giảm, sẽ khai thác tiếp đến các vùng có tiềm năng thấp hơn. Khi đó, tổng công suất lắp đặt điện gió có khả năng đạt hiệu quả về mặt kinh tế sẽ nhiều hơn.