Các xu thế về công nghệ điện gió ngoài khơi

Các xu thế về công nghệ điện gió ngoài khơi NGUYỄN ĐÌNH HUY Điện gió nói chung và điện gió ngoài khơi nói riêng được kỳ vọng sẽ là nguồn năng lượng tái tạo quan trọng góp phần giúp nhiều nước trên thế.

Các xu cơng nghệ điện gió ngồi khơi NGUYỄN ĐÌNH HUY - Điện gió nói chung điện gió ngồi khơi nói riêng kỳ vọng nguồn lượng tái tạo quan trọng góp phần giúp nhiều nước giới đạt cam kết Net Zero vào năm 2050 (NZE2050), có Việt Nam Bài viết trình bày số xu phát triển điện gió ngồi khơi tồn cầu, qua nhận định mức độ tương quan với thị trường điện gió ngồi khơi Việt Nam Theo tính tốn Hội đồng Năng lượng gió Tồn cầu (GWEC), để đạt mục tiêu NZE2050, giới cần bổ sung 86 GW cơng suất điện gió năm, tương đương 469 GW vòng năm tới Dự kiến đến năm 2050, giới cần lắp đặt TW điện gió Trong đó, tỷ trọng điện gió ngồi khơi tăng từ 10% năm 2020 lên 19% vào năm 2024 [1] Với 3.000 km bờ biển tổng diện tích biển khoảng triệu km 2, Việt Nam có tiềm điện gió ngồi khơi lớn Nhiều nghiên cứu đưa kết vận tốc gió trung bình năm độ cao 100 m vùng biển Việt Nam đạt 9÷10 m/s Theo Chương trình hỗ trợ quản lý lượng Ngân hàng Thế giới (WB-ESMAP) [2], dựa vào đồ gió độ cao 100 m dải 200 km vùng biển tính đến bờ, kết hợp số liệu khảo sát địa hình đáy biển từ GEBCO, cho thấy Việt Nam có tiềm gió kỹ thuật đạt mức 599 GW (trong có 261 GW điện gió ngồi khơi với hệ móng cố định 338 GW điện gió ngồi khơi với hệ móng nổi) Theo số báo cáo từ Chính phủ Tập đồn Điện lực Việt Nam (EVN) [3], tổng cơng suất điện gió ngồi khơi địa phương đăng ký với Bộ Công Thương (đến tháng 12/2021) lên đến 129 GW, cho thấy tiềm sức hút lớn từ lĩnh vực lần khẳng định xu phát triển điện gió ngồi khơi phù hợp với xu phát triển giới Xu hướng lựa chọn vị trí xây dựng điện gió ngồi khơi: Vị trí lựa chọn để phát triển dự án điện gió ngồi khơi liên quan đến yếu tố chính: Độ sâu đáy biển, khoảng cách so với bờ, hiểu biết địa điểm dự án, quy mô dự án hạ tầng hỗ trợ Nghiên cứu Văn phòng Năng lượng tái tạo Hiệu lượng (Energy.gov, US) tài liệu Offshore Wind Market Report: 2021 Edition [4] dự án điện gió ngồi khơi tồn cầu có xu hướng phát triển với quy mô công suất lớn hơn, xa bờ nằm vùng nước sâu (Hình 1) Hình 1: Độ sâu đáy biển khoảng cách tới bờ dự án điện gió ngồi khơi toàn cầu theo giai đoạn (Nguồn: Offshore Wind Market Report: 2021 Edition) Xu hướng phát triển dự án với khoảng cách xa bờ vùng biển sâu cải tiến cơng nghệ ngày tăng cấu trúc móng, am hiểu tường tận địa điểm dự án đánh giá rủi ro xảy thơng qua trình khảo sát hải văn, địa kỹ thuật, luồng hàng hải… khan địa điểm gần bờ nhu cầu đầu tư ngày tăng Bên cạnh đó, tiến khơng ngừng hệ thống hạ tầng lưới điện (chẳng hạn công nghệ cáp ngầm biển cao áp, hệ thống điện chiều siêu cao áp (HVDC) giúp truyền tải nhiều điện hơn, xa tổn thất truyền tải thấp Hình Hình thể chi tiết khoảng cách dự án điện gió ngồi khơi so với bờ độ sâu mực nước đến thời điểm 2020 xu đến năm 2025: Hình 2: Khoảng cách tới bờ dự án ĐGNK toàn cầu - xu hướng đến năm 2025 (Nguồn: Offshore Wind Market Report: 2021 Edition) Khoảng cách trung bình đến bờ tăng lên theo thời gian dường đạt đỉnh vào khoảng năm 2018 dự kiến giảm đến năm 2024 Xu hướng phản trực giác giải thích phần mở rộng nhanh chóng lượng gió ngồi khơi vào thị trường châu Á mới, đặc biệt Trung Quốc, nơi có mơi trường pháp lý khác mối quan tâm xã hội cho phép dự án xây dựng gần bờ so với châu Âu Mặc dù có chắn dự án tiếp tục vào tương lai, liệu sụt giảm đường cong tồn cầu thể Hình tạm thời dự án châu Á phần lại giới cuối xa bờ sau năm 2024 Độ sâu mực nước trung bình theo thời gian dự án gió ngồi khơi tồn cầu thể Hình Xu hướng lịch sử việc tăng mực nước sâu chút vào năm 2020, đến năm 2024, liệu cho thấy xu hướng dự án nước sâu tiếp tục Như trường hợp khoảng cách đến bờ, quỹ đạo tương đối phẳng độ sâu nước cho số lượng lớn dự án ban đầu châu Á nằm gần bờ vùng nước nông Dữ liệu sau năm 2025, xu hướng châu Á toàn cầu hội tụ hướng tới độ sâu lớn Hình 3: Độ sâu mức nước biển dự án ĐGNK - xu hướng đến năm 2025 (Nguồn: Offshore Wind Market Report: 2021 Edition) Tại Việt Nam, tính đến thời điểm 31/10/2021, phần lớn nhà máy điện gió ngồi biển vận hành thương mại xây dựng bãi bồi ven biển khu vực miền Tây nam Việt Nam (trong phạm vi giới hạn nằm ngồi đường mép nước biển thấp trung bình nhiều năm nằm đường hải lý ~ 5,6 km), khu vực có độ sâu mực nước nơng (2÷10m), địa chất yếu, ảnh hưởng đến hoạt động hàng hải Sau sóng đầu tư ạt để hưởng mức giá bán điện ưu đãi FIT điện gió (theo Quyết định 39/2018/QĐ-TTg), mục tiêu mà nhà đầu tư hướng đến giai đoạn xây dựng dự án điện gió xa bờ hơn, vùng nước sâu hơn, nơi có tốc độ gió tốt phù hợp để xây dựng trang trại gió quy mơ từ vài trăm đến vài nghìn MW Tính tới thời điểm tháng 10/2021, có 35 dự án điện gió ngồi khơi nghiên cứu triển khai với tổng công suất dự kiến lên đến 60 GW, tiến độ đề xuất giai đoạn 2021 ÷ 2025 Con số tiếp tục tăng nhanh thời gian ngắn (lên mức 129 GW vào cuối năm 2021) Điển tỉnh Bình Thuận có dự án đăng ký với quy mô công suất từ 900 MW ÷ 5.000 MW Khoảng cách nghiên cứu xa đến bờ lên tới 70 km độ sâu đáy biển từ 20 ÷ 60m (Hình 4) Có thể thấy rằng, xu lựa chọn địa điểm xây dựng trang trại điện gió ngồi khơi Việt Nam phù hợp với xu phát triển toàn cầu giai đoạn đến 2025 Hình 4: Vị trí dự án điện gió ngồi khơi vùng biển Bình Thuận Xu cơng nghệ tua bin gió ngồi khơi: Tiếp tục tăng công suất xu công nghệ tồn cầu tua bin gió ngồi khơi giai đoạn Bởi chúng khơng bị giới hạn vấn đề vận chuyển giống đất liền, cho phép tua bin gió ngồi khơi có kích thước lớn Việc sử dụng gam công suất lớn dự án có tổng cơng suất định làm giảm số lượng tua bin gió lắp đặt, điều làm giảm chi phí vốn CAPEX chi phí vận hành OPEX MW Các nhà sản xuất gốc (OEM) cạnh tranh để tăng công suất (tăng kích thước) tua bin gió nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường Siemens Gamesa Renewable, Vestas, General Electric (GE) hay Mingyang… gần công bố gam cơng suất dải từ 12 ÷ 16 MW đưa vào vận hành thương mại từ năm 2022 đến năm 2024 Bảng thống kê gam máy lớn hãng OEM công bố thời gian gần đây: Bảng 1: Các tua bin gió lớn cơng bố cho giai đoạn đến 2025”: Công suất định mức (MW) Nhà sản xuất Số hiệu Đường kính (m) Chiều cao hub (m) Lắp đặt (Thương mại) 14 (15) GE GE HALIADEX 220 Đến 260m 2022 (2024) 14 Siemen Gamesa SG 14-222 DD 222 Đặt hàng 2022 (2024) 15 Vestas V236-15 236 Đặt hàng 2022 (2024) Goldwind GW175-8.0 175 Đến 110m 2019 16 Mingyang MySE 16.0-242 242 Đặt hàng 2023 (2024) 12.3 (13) Dongfang DEC’s 10MW 211 Đến 130m 2021 9.5 Samsung Heavy Industries SHI-9.5 Chưa có thơng tin Chưa có thơng tin 2022 Nguồn: Cơng bố hãng sản xuất tuabin gió dự kiến giai đoạn đến 2025 (3) Hình cho thấy xu hướng lịch sử việc nâng cấp tua bin gió ngồi khơi đến năm 2025 Hình trình bày liệu cơng suất trung bình tua bin gió ngồi khơi có trọng số tồn cầu, chiều cao hub height (cột + tua bin) đường kính rơto (đường kính cánh) theo thời gian, với giá trị cho năm 2020 khu vực màu xám Cơng suất tua bin gió trung bình tiếp tục tăng lên đạt mức xấp xỉ 12 MW vào năm 2025 Hình 5: Xu hướng phát triển tua bin gió ngồi khơi tồn cầu đến năm 2025 (Nguồn: Offshore Wind Market Report - 2021 Edition) Về mặt lý thuyết, sản lượng điện tính tốn tăng tương ứng theo đường kính cánh tua bin gió (tăng diện tích qt), muốn tăng cơng suất tua bin gió cần tăng đường kính cánh mà đảm bảo yếu tố tải trọng lực tác động Các hãng OEM muốn tăng đường kính cánh >200 m cho tua bin gió Chiều cao hubheight tăng tương ứng với đường kính cánh để trì khoảng cách 25 ÷ 30 m đầu cánh quạt mặt nước, chiều cao hub height dự kiến khoảng từ 120 ÷ 140 m Thời gian để hãng chuyển từ giai đoạn công bố sang giai đoạn vận hành thương mại trung bình năm cho thị trường toàn cầu Sự khác biệt đường xu hướng nguyên mẫu tua bin gió khu vực châu Âu đường xu hướng cho nguyên mẫu tua bin gió khu vực châu Á nguyên mẫu châu Á có cơng suất thấp khoảng 20% - 25% so với hãng châu Âu vào năm 2020 (Hình 6) Điều giải thích lý đường xu hướng trung bình tồn cầu (Hình 2) sụt giảm vào năm 2021 2026 mà dự án điện gió ngồi khơi châu Á với gam công suất thấp đưa vào vận hành Hình 6: Xu hướng phát triển tua bin gió ngồi khơi toàn cầu đến năm 2025 (Nguồn: Offshore Wind Market Report - 2021 Edition) Dự báo GWEC cho thấy xu tăng cơng suất tua bin gió ngồi khơi cách mạnh mẽ cho giai đoạn đến 2025 Gam máy phổ biến dự kiến từ 15 ÷ 17 MW cho năm 2025 Hình 7: Xu hướng nâng cấp tuabin gió ngồi khơi tồn cầu đến năm 2025 (Nguồn: GWEC Market Intelligence, July 2021) Tua bin gió lớn hoạt động giới nguyên mẫu GE Haliade-X Rotterdam, nâng công suất lên 13 MW cách tăng công suất máy phát hệ thống truyền động (GE 2020) Việc tăng công suất cho phép tua bin gió tạo nhiều lượng giúp ích cho tính kinh tế nhà máy điện gió, nhà phát triển phải xem xét cẩn thận khả tăng tải trọng mỏi giảm tuổi thọ thiết kế Hình Hình minh họa thị phần sản xuất tua bin gió hãng OEM cho dự án vận hành dự án cơng bố tương ứng Hình 8: Tổng cơng suất tua bin gió vận hành từ nhà sản xuất OEM (Nguồn: Offshore Wind Market Report - 2021 Edition) Hình 9: Tổng cơng suất tua bin gió cơng bố từ nhà sản xuất OEM (bao gồm dự án tương lai) (Nguồn: Offshore Wind Market Report - 2021 Edition) Siemens Gamesa tiếp tục nhà sản xuất tua bin gió ngồi khơi thống lĩnh thị trường, với 55% thị phần, liệu cho thấy thị phần họ dự án tương lai giảm xuống 43% Vestas, GE OEM Trung Quốc giành thị phần Bên cạnh việc tăng cơng suất tua bin gió, xu mang tính bền vững mơi trường hãng OEM thúc đẩy, mà xuất ngày nhiều dự án hết niên hạn sử dụng năm tới (đã vận hành ~20 năm), vấn đề tái chế tua bin gió xem xét cách nghiêm túc Mặc dù tháp kết cấu phụ thép thành phần kim loại nhựa khác tái chế phương pháp thơng thường, cánh quạt composite khó tái chế Nhiều hãng lớn như: Vestas công bố mục tiêu sản xuất tua bin gió khơng chất thải vào năm 2040 (Eksstrand 2020), Ørsted (một thành viên DecomBlades) cam kết tái sử dụng, tái chế phục hồi tất cánh quạt ngừng hoạt động từ nhà máy điện gió (Ørsted 2021) Tại Việt Nam, dự án điện gió khơi giai đoạn phát triển dự án, chưa có dự án xây dựng thời điểm 2021 (khơng tính dự án điện gió gần bờ) Tuy nhiên với thực tế triển khai dự án điện gió bờ gần bờ, xu phát triển cho tua bin gió ngồi khơi Việt Nam theo kịp với giới, tương tự với Trung Quốc Các gam công suất thương mại hãng tua bin gió tiếng kể sử dụng Việt Nam (gam máy ÷ MW) dự án bờ gần bờ Do đó, việc xuất tua bin gió ngồi khơi có cơng suất lớn ÷ 15 MW, đường kính cánh ≥200 m giai đoạn đến 2025 xu Các nhà sản xuất OEM xem xét đến đặt điểm gió Việt Nam có điều chỉnh phù hợp cho hiệu kỹ thuật - kinh tế thân thiện với môi trường./ Tài liệu tham khảo: [1]: Global Offshore Wind Report 2021 - GWEC [2]: Offshore Wind Technical Potential in Vietnam - WB - ESMAP - March 2020 [3]: https://www.ge.com; https://www.siemensgamesa.com; https://www.windpowermont hly.com; https://www.vestas.com; https://www.goldwind.com; https://www.offshorewind.b iz [4]: Offshore Wind Market Report: 2021 Edition - Office of Energy Efficiency & Renewable Energy, US  ... 2025 Hình 4: Vị trí dự án điện gió ngồi khơi vùng biển Bình Thuận Xu cơng nghệ tua bin gió ngồi khơi: Tiếp tục tăng cơng suất xu cơng nghệ tồn cầu tua bin gió ngồi khơi giai đoạn Bởi chúng khơng... khoảng cách tới bờ dự án điện gió ngồi khơi tồn cầu theo giai đoạn (Nguồn: Offshore Wind Market Report: 2021 Edition) Xu hướng phát triển dự án với khoảng cách xa bờ vùng biển sâu cải tiến công nghệ. .. dự án điện gió ngồi khơi giai đoạn phát triển dự án, chưa có dự án xây dựng thời điểm 2021 (khơng tính dự án điện gió gần bờ) Tuy nhiên với thực tế triển khai dự án điện gió bờ gần bờ, xu phát