CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ, TUỐC
Lý thuyết về năng lượng gió
Năng lượng được định nghĩa là công được lưu trữ trong một hệ thống hoặc khả năng của hệ thống để thực hiện công, bao gồm các dạng như năng lượng cơ học, động năng, thế năng, nhiệt năng và năng lượng dính kết Đơn vị đo năng lượng theo hệ SI là Joule (J), trong khi các thiết bị phát điện từ sức gió, như tuốc bin gió, thường sử dụng các đơn vị như kWh hoặc MWh để biểu thị năng lượng.
Công suất là năng lượng hay Công trên một đơn vị thời gian Đơn vị của công suất theo hệ đơn vị chuẩn SI là watt (W).
Theo định luật về lực của Newton (Định luật 2 Newton) thì:
Với F - Lực, m - Khối lượng và a - Gia tốc
Công chính là tích phân quãng đường của lực nên có công thức
Với vận tốc v, công suất gió được xác định qua công thức (2), cho thấy rằng lượng không khí có khối lượng m chuyển động với vận tốc v sẽ tạo ra một động năng Et trong một đơn vị thời gian.
Từ hình 1 thì thể tích không khí V đi qua một tiết diện ngang A với vận tốc v sẽ là:
Khối lượng không khí m và mật độ không khí ρ quan hệ theo biểu thức (4) m = ρv A [kg/s] (4)
Do vậy chúng ta có công thức (5)
Công suất P0 chính là lượng năng lượng Et trên một đơn vị thời gian theo định nghĩa P0= ẵ ρv3A [W] (6)
Từ công thức (5), (6) có thể rút ra một kết luận rất quan trọng là công suất gió sẽ tỷ lệ với lũy thừa bậc 3 của vận tốc gió.
Hình 2 Đường cong Công suất gió theo vận tốc gió và tên: Nguyễn Tuấn Anh
Biểu đồ đường cong công suất gió thể hiện mối quan hệ giữa vận tốc gió và công suất gió, với điều kiện mật độ không khí là ρ = 1,225 kg/m³ Đây là mật độ không khí khô tại áp suất khí quyển ở mực nước biển, với nhiệt độ không khí đạt 15°C.
1.1.3 Công suất của máy phát điện gió Để xác định được công suất của thiết bị tuốc bin gió thì cần phải áp dụng các định luật sau:
- Phương trình về tính liên tục ở dạng phương trình (4) m = ρ.v.A [kg/s] (7)
- Định luật về lực của Newton (Định luật 2 Newton) ở dạng phương trình (2)
- Rút ra từ định luật bảo toàn động lượng theo hình 3:
Vận tốc gió trước khi gặp thiết bị tuốc bin gió được ký hiệu là v1, trong khi vận tốc gió sau khi đi qua thiết bị này được ký hiệu là v2 Vận tốc gió khi tiếp xúc với thiết bị tuốc bin gió được gọi là v.
Công suất P mà thiết bị tuốc bin gió tạo ra trong một đơn vị thời gian được xác định bởi hiệu số giữa công suất gió trước và sau khi đi qua tuốc bin.
[W] (10) và tên: Nguyễn Tuấn Anh
Hình 3 Bảo toàn động lượng
Theo phương trình (10), E sẽ đạt giá trị lớn nhất khi v2 bằng 0 Tuy nhiên, điều này không khả thi về mặt vật lý, vì nếu v2 = 0 thì theo nguyên tắc liên tục, v1 cũng phải bằng 0.
Để đạt được công suất tối đa cho thiết bị tuốc bin gió, việc xác định tỷ lệ tối ưu giữa v1 và v2 là rất quan trọng Theo các phương trình (7), (9) và (10), tỷ lệ này sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất vật lý của hệ thống.
So sánh tỷ lệ giữa P và công suất tổng cộng P0 của gió thổi qua bề mặt diện tích A không bị cản trở, ta có thể xác định mối quan hệ giữa chúng.
Với một vài biến đổi đơn giản tiếp theo ta thu được:
Nếu như biểu diễn P/P0 như là một hàm số của v2/v1 chúng ta thu được đồ thị biểu diễn như ở hình 4.
Hình 4 Biểu diễn tỷ lệ công suất P/P0 theo tỷ lệ vận tốc gió v2/v1 và tên: Nguyễn Tuấn Anh
Giá trị tối đa của tỷ lệ P/P0 là 16/27, đạt được khi v2/v1 = 1/3, cho thấy công suất lớn nhất của thiết bị tuốc bin gió có thể đạt khoảng 59% Tuy nhiên, hệ số công suất này khó có thể đạt được ở các thiết bị tuốc bin gió cỡ lớn, mặc dù trong những trường hợp đó, hệ số công suất vẫn lớn hơn 0,5.
Việc rút ra những vấn đề trên dựa theo các công trình được công bố từ năm
1922 đến năm 1925 của Albert Betz (kỹ sư cơ khí người Đức) còn được gọi là định luật Betz`sches.
Hình 5 Mô hình biến đổi năng lượng
1.2 Tổng quan công nghệ tuốc bin gió
Tuốc bin gió là thiết bị chuyển đổi động năng của gió thành cơ năng Nó có thể được sử dụng trực tiếp, như trong cối xay gió, hoặc chuyển đổi thành điện năng thông qua máy phát điện gió.
Hiện nay, có hai loại turbine phổ biến: trục ngang và trục đứng Trong đó, turbine trục ngang là loại truyền thống, trong khi turbine trục đứng là công nghệ mới, hoạt động ổn định với mọi hướng gió.
Hình 6 Các hình dạng tuốc bin gió
Theo công suất thiết bị phát điện gió được phân loại thành ba loại:
Tuốc bin lớn với công suất từ 900 kW đến 2 MW sản xuất lượng điện lớn để bán trên thị trường điện Chúng thường được lắp đặt trong các dự án năng lượng gió và phải tuân thủ các quy định kết nối vào lưới điện.
Tuốc bin quy mô công nghiệp có công suất từ 50 kW đến 250 kW thường được sử dụng cho các đơn vị sản xuất công nghiệp và thương mại ở xa Loại tuốc bin này thường được kết hợp với máy phát diesel hoặc máy phát phụ tải, giúp giảm chi phí tiêu thụ điện và giảm tải vào giờ cao điểm.
Tuốc bin nhỏ dành cho hộ tiêu thụ nhỏ (400 watts đến 50 kW) là giải pháp lý tưởng cho nhu cầu điện ở xa, đặc biệt trong việc sạc ác quy Những tuốc bin này có thể kết hợp với hệ thống điện mặt trời, ác quy và biến tần, giúp cung cấp nguồn điện liên tục và ổn định tại những địa điểm khó tiếp cận với lưới điện.
Tuốc bin gió điển hình có cấu hình trục ngang với rotor 3 cánh quạt, sử dụng đuôi lái gió để định hướng rotor vào hướng gió Hệ thống bao gồm trục tốc độ thấp kết nối các rotor với hộp số 2 - 3 cấp tốc độ, từ đó kết nối với máy phát điện Máy phát điện thường là loại không đồng bộ, cảm ứng, với điện áp đầu ra từ 550-690 V (AC) Một số tuốc bin được trang bị máy phát nhỏ để tăng sản lượng tại tốc độ gió thấp, có thể hoạt động độc lập hoặc tích hợp với máy phát chính Mỗi tuốc bin quy mô lớn còn có máy biến áp để nâng điện áp lên mức 25 tới 35 kV, phù hợp với hệ thống điện địa phương.
Hình 7 Các thành phần chính Tuốc bin gió
Tiềm năng điện gió tại Việt nam
Vào năm 2000, Ngân hàng Thế giới đã khởi xướng dự án xây dựng bản đồ năng lượng gió cho bốn quốc gia: Campuchia, Lào, Thái Lan và Việt Nam Nghiên cứu này sử dụng dữ liệu từ các trạm khí tượng thủy văn và mô hình mô phỏng để đánh giá tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 65m và 30m, tương ứng với tuabin gió nối lưới và độc lập Dữ liệu thủy văn được cung cấp bởi Viện Khí tượng Thủy văn Quốc gia và Cơ quan Thông tin Khí quyển và Đại dương của Mỹ Kết quả cho thấy Việt Nam có tiềm năng năng lượng gió vượt trội nhất trong số bốn quốc gia, với hơn 39% lãnh thổ có vận tốc gió lớn hơn 6m/s ở độ cao 65m, tương đương với 513GW công suất Đặc biệt, hơn 8% lãnh thổ, tương đương 112GW, được đánh giá có tiềm năng năng lượng gió rất tốt.
Bảng 3 Phân mức tài nguyên gió
Mật độ công suất 65 m (Watts/m 2 )
Sự phù hợp cho các tuốc bin lớn
Sự phù hợp cho các tuốc bin nhỏ
Red > 9.5 > 1000 Excellent > 8.0 Excellent và tên: Nguyễn Tuấn Anh
Hình 11 Nguồn gió tại độ cao 65m và tên: Nguyễn Tuấn Anh
Hình 12 Nguồn gió tại độ cao 30m
Bản đồ thể hiện tốc độ gió trung bình và mật độ năng lượng gió ở độ cao 65m và 30m, phù hợp cho tua-bin gió nhỏ Kết quả phân loại tốc độ gió và mật độ năng lượng được trình bày rõ ràng trên các bản đồ Mật độ gió thường chỉ được trích dẫn ở đỉnh của tua-bin gió lớn, vì nó không được sử dụng phổ biến để dự đoán hiệu suất của tua-bin nhỏ Tác giả: Nguyễn Tuấn Anh.
Tua bin gió nhỏ hoạt động hiệu quả ở tốc độ gió thấp hơn so với tua bin lớn, và một địa điểm cụ thể có thể có nhiều mức tốc độ gió ở các độ cao khác nhau Sự thay đổi tốc độ gió theo độ cao, hay còn gọi là cắt gió, phụ thuộc vào vùng đất xung quanh và các yếu tố khác Do đó, cần trình bày kết quả tại các độ cao 30m và 65m trên các bản đồ riêng biệt Mật độ năng lượng gió không phải là một giá trị cố định cho mỗi tốc độ gió, mà thay đổi do sự phân phối tần số và mật độ không khí, chủ yếu liên quan đến độ cao Tuy nhiên, ảnh hưởng của các yếu tố này thường không lớn, vì vậy năng lượng gió và tốc độ gió thường được thể hiện trên cùng một bản đồ gió.
Tốc độ gió và năng lượng tại 65 m
Bản đồ trong bảng 4.1 cho thấy tốc độ gió và mật độ năng lượng tại 65 m ở Đông Nam Á, với các khu vực ven biển miền Nam Việt Nam có nguồn gió tốt nhất Các ngọn núi tại miền Trung và miền Nam Việt Nam tạo thành hàng rào tự nhiên, ảnh hưởng đến hướng gió mùa từ đông bắc và tây nam Mặc dù các dãy núi ở phía tây Thái Lan và bán đảo Malay có gió mạnh, nhưng tốc độ gió trung bình ở Việt Nam và Lào lại thấp hơn Gió mùa đông bắc không chỉ ảnh hưởng đến các ngọn núi mà còn tác động đến khu vực cuối bán đảo Đông Nam Á, nơi gió ngoài khơi kết hợp tạo ra nguồn gió dồi dào dọc theo bờ biển phía nam và đông nam của Việt Nam.
Bản đồ tài nguyên gió ở 30 m chỉ ra các cơ hội tiềm năng phát triển cho các khu vực dân cư bằng cách sử dụng tua bin gió nhỏ.
Khu vực từ đồng bằng sông Cửu Long đến thành phố Hồ Chí Minh có tốc độ gió lý tưởng, thường dao động từ 7,0-7,5 m/s, tạo cơ hội phát triển năng lượng gió Các khu vực ven biển gần thành phố Hồ Chí Minh, nơi có nhu cầu năng lượng cao, đặc biệt hấp dẫn cho đầu tư năng lượng gió Đặc biệt, Đảo Côn Sơn ghi nhận vận tốc gió rất tốt, đạt từ 8-9 m/s Đồng bằng sông Cửu Long cũng tiềm năng cho điện gió nhỏ với tốc độ trung bình từ 5,5-6,0 m/s tại nhiều địa điểm ven biển.
Gió mạnh ở Nam Trung Bộ Việt Nam chủ yếu tập trung ở rìa phía đông và khu vực phía tây nam của dãy núi gần Bảo Lộc, với độ cao từ 800-1000m và tốc độ gió đạt từ 7,0 đến 7,5 m/s Ngoài những khu vực này, gió yếu hơn đáng kể, nhưng phía tây nam miền Trung Nam Bộ vẫn có tiềm năng phù hợp cho việc lắp đặt tua bin gió nhỏ Một số khu vực núi giữa Pleiku và Buôn Mê Thuột cũng có độ cao đáng kể, tạo điều kiện thuận lợi cho nguồn năng lượng gió.
500 m, nhưng tốc độ gió trung bình ở 65 m đạt 7,0 m/s.
Duyên hải Nam Trung Bộ
Khu vực này của Việt Nam, với độ cao từ 1600-2000 m, có nguồn gió mạnh từ 8,0-9,5 m/s tại các đỉnh và sườn núi Tuy nhiên, việc tiếp cận địa hình ở đây khá khó khăn Ngược lại, những ngọn núi phía tây Qui Nhơn và Tuy Hòa có độ cao khoảng 1000-1200 m, dễ tiếp cận hơn và dự báo tốc độ gió đạt từ 8,0-8,5 m/s.
Tốc độ gió tại các khu vực ven biển, đặc biệt là các bán đảo hai bên Phan Rang, được đánh giá rất tốt với dự báo đạt 8,0-9,5 m/s Khu vực gần bờ biển của bán đảo này cũng hứa hẹn sẽ nhận được nhiều gió Trong khi đó, các bán đảo xung quanh Tuy Hòa và Qui Nhơn đang dần ít được chú ý, mặc dù Tuy Hòa vẫn có tốc độ gió trung bình tốt khoảng 7,5-7,8 m/s Điều này cho thấy nhiều khu vực ở đây rất tiềm năng cho việc phát triển các máy phát điện gió quy mô nhỏ.
Trong khu vực này, dãy Trường Sơn chạy dọc theo biên giới phía Bắc Trung
Bộ Việt Nam và Nam Lào, một số đỉnh núi vượt lên trên 1800m Khi dãy này gần và tên: Nguyễn Tuấn Anh
Các khu vực có tốc độ gió từ 8,5-9,0 m/s được coi là tốt, trong khi tốc độ từ 9,0-9,5 m/s rất tốt, nhưng việc tiếp cận những khu vực này khá khó khăn Dù vậy, việc khai thác và phát triển điện gió tại đây vẫn khả thi, đặc biệt là ở khu vực phía tây Huế, nơi có ngọn núi lớn tại biên giới Việt Nam-Lào với độ cao từ 400m đến 800m và tốc độ gió trung bình đạt 7,0-8,0 m/s Tương tự, các đỉnh núi nhỏ hơn ở độ cao 800-1200m về phía đông dãy Trường Sơn cũng có điều kiện gió thuận lợi Bên cạnh đó, các khu vực đồng bằng ven biển phía Bắc của Huế cũng có nhiều tiềm năng để phát triển tua bin gió nhỏ, với tốc độ gió trung bình khoảng 5,5-6,0 m/s ở độ cao 30m.
Duyên hải Bắc Trung Bộ
Khu vực này nằm ở bờ biển phía bắc Việt Nam, gần Quảng Ngãi và Sông Trường, nơi có nguồn gió ven biển thường không đạt chất lượng tốt Tuy nhiên, nguồn gió chất lượng cao có thể được tìm thấy trên các ngọn núi với độ cao khoảng 1100m.
Gió biển tại khu vực Hải Phòng thường đạt tốc độ trung bình từ 6,5 đến 7,0 m/s, có thể vượt quá 7,0 m/s trên các hòn đảo ngoài khơi và đồi núi, nhưng giảm nhanh khi vào nội địa Tại những ngọn núi cao từ 1300-1800m ở biên giới Lào-Việt Nam và các ngọn núi ở biên giới phía đông giáp Trung Quốc, nguồn gió rất tốt đạt 8-9 m/s Đặc biệt, các ngọn đồi có độ cao từ 700-1000 m ở phía bắc và đông bắc Hải Phòng dự báo có tốc độ gió đạt 7-8 m/s.
Nhiều chuyên gia nhận định rằng kết quả đánh giá tiềm năng năng lượng gió tại Việt Nam từ bản đồ là lạc quan, tuy nhiên, nguồn dữ liệu này có thể chứa nhiều sai số do là sản phẩm của chương trình mô phỏng Mặc dù đã được đối chiếu với số liệu thực tế từ các trạm khí tượng thủy văn, nhưng dữ liệu của các trạm này cũng không chính xác do thiết bị cũ và không được kiểm định, cùng với việc đo đạc chỉ diễn ra ở độ cao khoảng 10m với tần suất thấp (4 lần/ngày) Chính vì vậy, Ngân hàng Thế giới đã đề xuất tiến hành nghiên cứu đo đạc tại khoảng 25 điểm để xác nhận tiềm năng gió ở Việt Nam, phục vụ cho việc xây dựng các dự án điện gió quy mô công nghiệp.
Bảng 4 Vận tốc gió theo báo cáo của WB và tốc độ đo thực tế
Vận tốc gió trung bình năm tại độ cao
Đề án “Qui hoạch tiềm năng năng lượng gió để phát điện” của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) vào năm 2010 là lần đầu tiên Việt Nam chính thức đánh giá tiềm năng năng lượng gió Dự án này bao gồm việc đo đạc dữ liệu gió tại một số điểm lựa chọn, sau đó ngoại suy để tạo ra dữ liệu gió đại diện cho khu vực, loại bỏ các yếu tố như độ nhám bề mặt, sự che khuất từ các công trình và ảnh hưởng của địa hình.
Tốc độ gió trong đề án của EVN được ghi nhận tại ba độ cao là 20, 40 và 50/60m so với mặt đất Để so sánh với dữ liệu ở độ cao 65m từ Ngân Hàng Thế Giới, quá trình ngoại suy số liệu đã được thực hiện bằng cách áp dụng công thức phù hợp.
Tốc độ gió trung bình tại độ cao Z được ký hiệu là V(z), trong khi V(r) là tốc độ gió trung bình tại độ cao Z(r) Hệ số mũ α, phụ thuộc vào độ ráp của địa hình, được ước lượng từ công thức 1 và tốc độ đo gió tại hai độ cao khác nhau Sau khi xác định được hệ số mũ này, nó được áp dụng để tính toán tốc độ gió trung bình tại độ cao 65 m, cũng thông qua công thức 1.
Hiện trạng các dự án điện gió nối lưới ở Việt Nam
Tính đến cuối năm 2010, Việt Nam đã triển khai 21 dự án điện gió quy mô nối lưới với các cấp độ khác nhau.
- 14 dự án lập báo cáo đầu tư (nghiên cứu tiền khả thi), và
- 7 dự án đầu tư (nghiên cứu khả thi)
Thông tin và số liệu về 21 dự án điện gió đã được tổng hợp trong phụ lục 1&2 Tuy nhiên, nghiên cứu này sẽ tập trung phân tích sâu hơn 7 dự án đầu tư cụ thể, do số liệu từ các dự án này chi tiết và đầy đủ hơn so với các dự án khác Các yếu tố như quy mô dự án, suất đầu tư, thành phần cấu thành suất đầu tư, vận tốc gió trung bình năm và hệ số công suất sẽ được xem xét kỹ lưỡng.
Dưới đây là số liệu thống kê về 7 dự án đầu tư, được phân loại theo từng tiểu mục, kèm theo các biểu đồ và hình ảnh minh họa Mỗi dự án được phân tích và bình luận riêng theo từng chủ đề cụ thể Tác giả bài viết là Nguyễn Tuấn Anh.
Về cơ bản, 7 dự án điện gió nêu trên để được các Chủ đầu tư phân đoạn thành
2 hoặc 3 chu kỳ đầu tư Chu kỳ đầu thường có công suất trung bình là 30MW (4
Dự án) Dự án có quy mô lớn nhất cho giai đoạn đầu là 40MW (Phước Hữu) và nhỏ nhất là 21MW (Phương Mai 3), minh họa ở hình 14 sau.
Hình 14 Quy mô của các nhà máy điện gió
Trong 7 dự án đầu tư, loại tuabin 1,5MW chiếm ưu thế đạt 71,43% (có 5 chủ đầu tư lựa chọn), còn lại là 2MW (14,9%-một chủ đầu tư chọn) và 2,5MW (14,9%- một chủ đầu tư) Như vậy, loại tuabin lựa chọn cho các dự án trên thấp nhất là 1,5 và lớn nhất là 2,5MW, đây cũng là dải công suất áp dụng phổ biến hiện nay trên thế giới (theo xu hướng tăng công suất tuabin)
Hình 15 Cỡ tuabin lựa chọn cho các dự án nối lưới ở VN và tên: Nguyễn Tuấn Anh
Vận tốc gió là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sản lượng và giá thành sản xuất điện năng, với vận tốc gió trung bình cao hơn dẫn đến hệ số công suất cao hơn Tại các tỉnh trong khu vực dự án, vận tốc gió thường được đo trong vòng 1 năm ở độ cao 60m, ngoại trừ một số địa điểm như Phước Hữu và phương Mai 1 Ở độ cao 60m, vận tốc gió trung bình đạt khoảng 6,7m/s Để gia tăng sản lượng điện, các tuabin dự kiến sẽ được lắp đặt ở độ cao trung bình 85m, với một số dự án thậm chí lên đến 95m.
Hình 16 Vận tốc gió theo dự án và theo độ cao và tên: Nguyễn Tuấn Anh
Hệ số công suất là tỷ lệ giữa điện sản xuất trong một năm và điện có thể sản xuất liên tục trong 8760 giờ Hệ số này phụ thuộc vào các yếu tố như vận tốc gió, tần suất gió, nhiệt độ, mật độ không khí và thời gian vận hành Hệ số công suất cao giúp giảm giá thành sản xuất điện gió Theo dữ liệu từ 7 dự án gió, hệ số công suất trung bình đạt khoảng 30,28%, với mức cao nhất là 37,14% và thấp nhất là 24,14%.
Hình 17 Hệ số công suất của 7 dự án đầu tư tại VN
Suất vốn đầu tư của 7 dự án điện gió tại Việt Nam dao động mạnh, với mức cao nhất là 2.776.585 USD/MW và thấp nhất là 1.776.089 USD/MW, trung bình đạt 2.209.948 USD/MW Sự chênh lệch này được giải thích bởi thời điểm lập dự án khác nhau, dẫn đến biến động giá thiết bị và xây dựng trong 4 năm qua Một số dự án dựa vào số liệu từ các nguồn khác nhau, trong khi chỉ có một dự án duy nhất đã thực hiện mua sắm thiết bị (20 tuabin gió x 1,5MW) và lắp đặt 5 tuabin gió kết nối với lưới điện quốc gia, với suất đầu tư cao nhất là 2.776.585 USD/MW.
Hình 18 Suất đầu tư cho các nhà máy điện gió ở VN
Cơ cấu suất vốn đầu tư
Ba thành phần chi phí chính là:
- Chi phí thiết bị: tuabin, cột gió và các thiết bị điện…
- Chi phí xây dựng: móng, nhà xưởng, đường xá, cầu cống, máy xây dựng…
- Chi phí khác: Tư vấn, đo đạc, đất đai, vận chuyển, lãi vay…
Cơ cấu suất đầu tư của các công trình điện gió trong 6 dự án đầu tư cho thấy chi phí thiết bị chiếm tỷ lệ cao nhất, trung bình đạt 78% Trong khi đó, chi phí xây dựng chỉ chiếm khoảng 7%, phần còn lại là các chi phí khác.
Hình 19 Cơ cấu suất vốn đầu tư cho nhà máy điện gió và tên: Nguyễn Tuấn Anh
Có 6 dự án đề xuất giá bán điện cố định cả đời dự án (20 năm) và một dự án đề xuất giá tăng từng năm với mức tăng 5%/năm (Bảng II.4) Mức giá đề xuất cao nhất là 13UScents/kWh, thấp nhất là 8,08 UScents/kWh (không bao gồm thu nhập từ bán chứng chỉ giảm phát thải khí nhà kính).
Hình 20 Giá bán đề xuất các dự án
Giá bán điện cho hệ thống (UScent/kWh)
Trợ giá của nhà nước (UScent/kWh)
Giá bán điện (UScent/kWh)
4 Phú Lạc năm 2012 là 7UScent/kWh, tăng dần 5%/năm đến năm 2020 (đạt 10UScent/kWh ) thì giữ không đổi.
Ghi chú : Giá trên không bao gồm thu nhập từ bán CERs
Hiện trạng phát triển điện gió trên thế giới 49 1 Tóm lược tình hình phát triển điện gió trên thế giới 49
2.3.1 Tóm lược tình hình phát triển điện gió trên thế giới
Trong giai đoạn hiện nay, các tuabin gió thế hệ mới với công suất lớn và diện tích quét lớn đang dần thay thế các tuabin gió cũ với công suất nhỏ Điều này dẫn đến sự giảm giá của tuabin (US$/kW) Nhờ vào chính sách hỗ trợ điện gió từ nhiều quốc gia, công suất lắp đặt tuabin gió toàn cầu đã tăng từ 14GW vào cuối năm 1999 lên 160GW vào cuối năm 2009, tức tăng hơn 12 lần Trung Quốc, từ một quốc gia không có nhiều đóng góp, đã vươn lên vị trí thứ hai thế giới về công suất lắp đặt, đạt 25.000 MW, chiếm 16% tổng công suất lắp đặt toàn cầu Năm 2009, Trung Quốc dẫn đầu về tốc độ lắp đặt tuabin gió, với khoảng 13GW được lắp đặt, chiếm hơn một nửa tổng công suất lắp đặt của nước này từ trước đến nay.
Hình 21 Công suất lắp đặt điện gió từ 1996-2009
Hình 22 Cơ cấu, công suất điện gió thế giới đến năm 2009 và tên: Nguyễn Tuấn Anh
Các nhân tố ảnh hưởng đến chi phí đầu tư điện gió
Theo tổng kêt, giá thành sản xuất của điện gió trên thế giới chịu tác động bởi
Năm nhân tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả của dự án điện năng bao gồm: sản lượng điện sản xuất thực tế hàng năm, chi phí lắp đặt, chi phí vận hành, chi phí tài chính, và tuổi thọ công trình Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá tính khả thi và lợi nhuận của dự án.
Các chính sách hỗ trợ của nhiều quốc gia hiện nay có tác động lớn đến chi phí đầu tư và giá thành sản xuất điện gió.
Việc khai thác tối ưu nguồn gió cho sản xuất điện nhằm tăng sản lượng điện hàng năm, là yếu tố quan trọng cho đầu tư điện gió Hiện nay, các nhà đầu tư đang ưu tiên lắp đặt tuabin gió có đường kính roto lớn và chiều cao tháp gió cao để nâng cao sản lượng điện trên mỗi đơn vị công suất Thực tế cho thấy, tại một số địa điểm có tiềm năng năng lượng gió không quá lớn, việc áp dụng tuabin gió kiểu này vẫn mang lại tính khả thi về kinh tế.
Các nhà máy điện gió yêu cầu một khoản đầu tư lớn, với chi phí đầu tư ban đầu chiếm từ 75-80% tổng chi phí Phần còn lại chủ yếu là chi phí cho việc vận hành và duy trì thời gian hoạt động của nhà máy (Blanco, 2009; EWEW, 2009).
Chi phí đầu tư lắp đặt nhà máy điện gió bao gồm nhiều thành phần quan trọng như chi phí mua sắm tuabin, tháp gió, vận chuyển và lắp đặt, cũng như chi phí đấu nối lưới điện bao gồm đường dây và trạm biến áp Ngoài ra, còn có chi phí xây dựng các hạng mục như móng, đường, nhà điều hành và các chi phí khác liên quan đến tư vấn, đo đạc, đánh giá môi trường, cấp phép và thiết bị giám sát Bảng dưới đây trình bày cơ cấu thành phần chi phí cho một nhà máy điện gió hiện đại điển hình.
Bảng 7 Cơ cấu chi phí lắp đặt nhà máy điện gió (đất liền)
Tuabin 71-76 Đấu nối lưới điện 10-12
Xây dựng 7-9 và tên: Nguyễn Tuấn Anh
Nguồn : Báo cáo đặc biệt về NLTT, 6/2010, Blanco, 2009; EWEA, 2009)
Chi phí vận hành và bảo dưỡng (O&M) của nhà máy điện gió bao gồm các khoản chi phí cố định như thuê đất, bảo hành, thuế, quản lý và dịch vụ, cùng với chi phí biến đổi liên quan đến bảo trì và thay thế thiết bị Theo nghiên cứu của Blanco (2009), chi phí O&M thường chiếm khoảng 20% tổng chi phí của nhà máy điện gió trong suốt tuổi thọ hoạt động Đặc biệt, khoảng 50% tổng chi phí O&M được dành cho bảo trì, sửa chữa và thay thế thiết bị, theo EWEA (2009).
Việc thu xếp tài chính cho dự án điện năng, bao gồm tỷ lệ vốn cổ đông và vốn vay, cùng với lãi suất vay, ảnh hưởng lớn đến giá điện Hệ số chiết khấu cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định giá thành sản xuất điện của nhà máy.
Suất đầu tư dự án gió
Kể từ khi bắt đầu khai thác thương mại năng lượng gió, đến năm 2004, suất đầu tư cho các nhà máy điện gió đã giảm nhờ vào sự gia tăng kích cỡ công suất của tuabin và cải tiến trong thiết kế cũng như vật liệu sử dụng Dữ liệu từ Đan Mạch và Mỹ minh chứng cho xu hướng này.
2004 đến năm 2009, suất đầu tư lại có xu thế tăng Suất đầu tư ở Đan Mạch năm
Vào năm 2009, giá trung bình toàn cầu cho năng lượng là 1750 USD/kW, trong khi giá ở Mỹ là 2000 USD/kW Tại nhiều nhà máy, mức giá dao động từ 1400 đến 2100 USD/kW Đặc biệt, ở Trung Quốc, giá năng lượng trong giai đoạn 2008-2009 chỉ dao động từ 1100 đến 1350 USD/kW, nhờ vào việc sản xuất tuabin và thiết bị tại chỗ (Nguồn: Milbrrow, 2010).
Hình 23 Suất đầu tư trung bình tại Mỹ (1982-2009)
Nguồn : 2009 wind Market Report, LBNL
Một vài lý do suất đầu tư tăng được lý giải như sau:
Suất đầu tư các nhà máy điện gió tăng trong giai đoạn từ 2004 đến 2009 (hình
23) là do giá tuabin gió tăng (Wiser và Bolinger, 2009) Việc tăng giá tuabin là do các yếu tố, gồm: i) Tăng giá nhân công và vật liệu; ii) Nhu cầu tăng lợi nhuận của các nhà chế tạo và cung cấp phụ tùng; iii) Tỷ giá đồng tiền chung châu Âu (Euro); iv) Tăng kích cỡ rotor của tuabin và chiều cao cột gió (Bolinger, 2010) Để minh họa cụ thể hơn, dưới đây là số liệu về suất đầu tư ở một số khu vực trên thế giới từ các nguồn báo khác nhau.
Theo tài liệu "Technology Roadmap-Wind energy" của Cơ quan Năng lượng Quốc tế, dữ liệu năm 2009 cho thấy chi phí đầu tư cho điện gió trên đất liền dao động từ 1,4 đến 2,6 triệu USD mỗi MW.
Bảng 8 Chi phí cho sản xuất điện gió tại các vị trí Lục địa và Ngoài khơi
Chi phí đầu tư 1,4 -2,6 triệu US$/MW
3,1 - 4,7 triệu US$/MW (2,1 - 3,2 triệu EUR) Chi phí vận hành và bảo dưỡng (O&M)
(14 - 48 EUR/MWh)Chi phí vòng đời của 70 - 130 US$/MWh 110 - 131 US$/MWh và tên: Nguyễn Tuấn Anh năng lượng (LCOE) (50 - 90 EUR/MWh) (75 - 90 EUR/MWh)
Hình 24 Tổng mức đầu tư (bao gồm tuabin, móng và nối lưới) theo cỡ tuabin và các quốc gia khác nhau (Nguồn số liệu theo IEA)
Theo báo cáo thị trường năng lượng gió năm 2009 của Hiệp hội năng lượng gió Mỹ, chi phí đầu tư trung bình cho các dự án gió tại Mỹ đạt hơn 2000 USD/kW, với các dự án riêng lẻ dao động từ 1400 đến 4100 USD/kW Khi phân tích theo vùng, có nhiều dự án khác nhau được xem xét.
Từ năm 2007-2009, suất đầu tư điện gió trung bình trên thế giới dao động từ 1900US$/kW đến 2400US$/kW Tuy nhiên, suất đầu tư này có thể giảm xuống còn 1500US$/kW nếu áp dụng công nghệ và thiết bị hiện đại, điển hình như dự án điện gió 49MW tại Trung Quốc Dự án này được lắp đặt tại địa điểm thuận lợi, gần lưới điện và đường giao thông, giúp giảm thiểu chi phí đầu tư.
Hình 25 Suất đầu tư, hệ số công suất một dự án điện gió của Trung Quốc và tên: Nguyễn Tuấn Anh
Hệ số công suất, sản lượng điện của các dự án gió
Hệ số công suất và sản lượng điện của các dự án điện gió phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó đặc điểm gió tại vị trí dự án, như vận tốc gió trung bình, là yếu tố quan trọng nhất Ngoài ra, tối ưu hóa thiết kế tuabin gió và quy trình vận hành cũng ảnh hưởng đáng kể Trong những năm qua, hệ số công suất đã tăng lên nhờ các cải tiến như đường kính roto lớn hơn và chiều cao tháp gió cao hơn, dẫn đến sự gia tăng sản lượng điện (EWEA, 2009) Hình 25 minh họa sự gia tăng hệ số công suất của các nhà máy điện tại Mỹ trong giai đoạn 1999-2009.
Hình 26 Hệ số công suất của các dự án của Mỹ qua các năm
Rào cản đối với sự phát triển điện gió tại Việt nam
Dự án năng lượng gió này có suất đầu tư lên tới 2.776.585 USD/MW, cao nhất trong số các dự án hiện có Đến nay, chỉ có một dự án đã hoàn tất việc mua sắm thiết bị, bao gồm 20 tuabin gió với công suất 1,5 MW mỗi chiếc, và đã lắp đặt thành công 5 tuabin gió kết nối với lưới điện quốc gia.
Các phân tích và số liệu cho thấy sự khác biệt trong suất đầu tư điện gió giữa các quốc gia Nguyên nhân của sự khác nhau này có thể được lý giải qua nhiều yếu tố khác nhau.
- Chất lượng thiết bị và công nghệ
- Sự hỗ trợ khác nhau từ chính phủ các nước (gia công chế tạo, giá đất, vận chuyển…)