đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ việt nam

, đồng thời mở rộng ứng dụng các nguồn năng lượng mới, đặc biệt ưu tiên phát triển các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió, mặt trời, thủy triều, sinh khối.… Việt Nam là nước có

-

TRẦN THỊ BÉ

ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG GIÓ

VÙNG BIỂN VEN BỜ VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

-

TRẦN THỊ BÉ

ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG GIÓ

VÙNG BIỂN VEN BỜ VIỆT NAM

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường

Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS DƯ VĂN TOÁN

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

3 Nội dung nghiên cứu 2

Chương 1 - TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về năng lượng gió 3

1.2 Hiện trạng phát triển điện gió trên thế giới 3

1.2.1 Hiện trạng phát triển điện gió 3

1.2.2 Hiện trạng phát triển điện gió ngoài khơi 5

1.2.3 Hiện trạng phát triển công nghệ tua-bin gió 6

1.3 Hiện trạng phát triển điện gió ở Việt Nam 8

1.3.1 Vai trò của điện gió ở Việt Nam 8

1.3.2 Các dự án điện gió hiện nay ở Việt nam 11

1.3.3 Quy hoạch phát triển điện gió toàn quốc 14

1.3.4 Một số nghiên cứu đánh giá tiềm năng năng lượng gió ở Việt Nam 17

1.4 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 22

1.4.1 Đặc điểm chung 22

1.4.2 Đặc điểm của chế độ gió 23

Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 26

2.2 Phương pháp nghiên cứu 27

2.2.1 Phương pháp tính toán tốc độ gió ở các độ cao khác nhau 27

2.2.2 Phương pháp tính toán mật độ năng lượng gió 37

2.2.3 Phương pháp xây dựng sơ đồ phân bố tiềm năng năng lượng gió 42

2.2.4 Phương pháp đánh giá tiềm năng năng lượng gió 44

Chương 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 47

3.1 Kết quả tính toán tốc độ gió tại các độ cao khác nhau 47

3.2 Kết quả tính toán mật độ năng lượng gió 52

3.3 Kết quả xây dựng sơ đồ phân bố tiềm năng năng lượng gió 60

3.4 Đánh giá tiềm năng năng lượng gió 61

3.4.1 Đánh giá tiềm năng năng lượng gió theo tốc độ gió 61

3.4.2 Đánh giá tiềm năng năng lượng gió theo mật độ năng lượng gió 64

3.5 Một số giải pháp nhằm khai thác điện gió trên biển 67

3.5.1 Giải pháp về thị trường 67

3.5.2 Giải pháp về kỹ thuật công nghệ 68

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 71

KẾT LUẬN 71

KHUYẾN NGHỊ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Công suất và tốc độ gia tăng điện gió ở một số nước trên thế giới trong

giai đoạn 2010 - 2012 [28] 5

Bảng 2: Công suất điện gió ngoài khơi ở một số nước trên thế giới trong giai đoạn 2009 - 2012 [28] 6

Bảng 3: Phân loại tua-bin gió theo công suất [12] 8

Bảng 4: Thống kê diện tích tiềm năng gió lý thuyết theo tỉnh (km2) [14] 15

Bảng 5: Thống kê diện tích tiềm năng gió kỹ thuật theo tỉnh (km2) [14] 16

Bảng 6: Tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam tại độ cao 65 m theo Atlas gió năm 2001 [26] 19

Bảng 7: Tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam tại độ cao 80m theo Atlas gió năm 2010 [14] 19

Bảng 8: Danh sách các trạm khí tượng vùng duyên hải và hải đảo dùng để khai thác số liệu về tốc độ gió tầng thấp [3, 10] 30

Bảng 9: Tốc độ gió thực và tốc độ gió tách lặng trung bình theo mùa, năm tại các trạm khí tượng vùng duyên hải và hải đảo, độ cao 10m [3, 10] 32

Bảng 10: Bảng phân loại địa hình và độ gồ ghề khu vực các trạm khí tượng vùng duyên hải và hải đảo [3] 34

Bảng 11: Hệ số mẫu năng lượng K ở các trạm đo gió [3] 41

Bảng 12: Phân cấp năng lượng gió của Cục Năng lượng Hoa Kỳ [4] 44

Bảng 13: Phân cấp tài nguyên gió trên biển Châu Âu [4] 45

Bảng 14: Phân cấp tài nguyên gió Đông Nam Á ở độ cao 30 và 65m [26] 45

Bảng 15: Phân cấp năng lượng gió theo tốc độ gió và mật độ năng lượng gió 46

Bảng 16: Kết quả tính toán tốc độ gió ở các độ cao 50m, 100m và 150m tại các trạm khí tượng đo gió 48

Bảng 17: Tốc độ gió trung bình năm thay đổi theo độ cao 51

Bảng 18: Kết quả tính toán mật độ năng lượng gió trung bình theo mùa, năm tại các trạm khí tượng đo gió 53

Bảng 19: Danh mục các sơ đồ phân bố tiềm năng năng lượng gió 61

DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Tổng công suất lắp đặt điện gió trên thế giới trong giai đoạn 1997 - 2012

(MW) [28] 4

Hình 2: Một số hình ảnh về các dự án điện gió ở Việt Nam 13

Hình 3: Atlas tiềm năng gió của Việt Nam năm 2001 và năm 2010 20

Hình 4: Bản đồ tiềm năng năng lượng gió trên Biển Đông và biển ven bờ Việt Nam, độ cao 80m [8] 21

Hình 5: Bản đồ các tỉnh, thành phố ven biển Việt Nam [6] 23

Hình 6: Hoa gió tại trạm khí tượng ở một số hòn đảo [8] 24

Hình 7: Khu vực nghiên cứu 27

Hình 8: Sơ đồ phân bố tốc độ gió trung bình năm ở vùng biển ven bờ Việt Nam tại độ cao 10m và 100m 62

Hình 9: Sơ đồ phân bố mật độ năng lượng gió trung bình năm ở vùng biển ven bờ Việt Nam tại độ cao 100m 65

Hình 10: Sơ đồ phân bố mật độ năng lượng gió trung bình theo mùa ở vùng biển ven bờ Việt Nam tại độ cao 100m 67

Hình 11: Cấu tạo công trình điện gió trên biển [2] 69

Hình 12: Tua-bin gió trục ngang và trục đứng được lắp đặt trên biển 70

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Hiện nay, cùng với sự phát triển kinh tế và gia tăng dân số dẫn đến tốc độ sử dụng năng lượng ngày càng tăng, làm cho các nguồn năng lượng truyền thống ngày càng trở nên khan hiếm Một trong những vấn đề về năng lượng là sự thiếu hụt điện

do việc sử dụng điện ngày càng gia tăng nhằm phục vụ cho các nhu cầu như sản xuất, sinh hoạt và các mục đích khác Do vậy, trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng cần có các chiến lược trung và dài hạn nhằm đảm bảo an ninh năng lượng bằng cách khai thác tiết kiệm, hiệu quả và giảm thiểu sự phụ thuộc vào những nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu khí, thủy điện… , đồng thời mở rộng ứng dụng các nguồn năng lượng mới, đặc biệt ưu tiên phát triển các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió, mặt trời, thủy triều, sinh khối.…

Việt Nam là nước có hơn 3000km đường bờ biển và nằm trong khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên được đánh giá là một trong những quốc gia có tiềm năng năng lượng gió khá tốt Tuy nhiên, hiện nay các dự án điện gió ở Việt Nam vẫn chưa thu hút được các nhà đầu tư trong và ngoài nước, điện gió vẫn chưa phát huy được hết tiềm năng của mình Nhận thấy việc cần thiết nhằm phát triển điện gió

ở nước ta, ngày 29/06/2011 Thủ tướng Chính phủ đã có Quyết định số TTg Về cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án điện gió tại Việt Nam, và ngày 21/07/2011 Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến 2030 (Quy hoạch điện VII), theo đó đến năm

37/2011/QĐ-2020 nước ta sẽ có 1.000MW điện gió và đến năm 2030 là 6.200MW công suất nguồn điện gió

Vùng biển nước ta có diện tích rộng hơn 1 triệu km2 và có nhiều vùng biển nông Mặt khác, theo nguồn số liệu về gió được thu thập chủ yếu từ các trạm khí tượng thuỷ văn, tốc độ gió trung bình năm đo được từ các trạm ở trong đất liền tương đối thấp, khoảng 2-3m/s Tuy nhiên, ở khu vực ven biển có tốc độ gió cao hơn, từ 3-5m/s Ở khu vực các đảo, tốc độ gió trung bình có thể đạt tới 5-8m/s Do

đó, có thể nói ở vùng biển ven bờ và các hải đảo của nước ta có tiềm năng khá tốt

để phát triển điện gió Ngoài ra, các nhà máy điện gió trên đất liền chiếm dụng khá nhiều đất đai, trong khi đó không gian trên mặt biển vẫn chưa được khai thác nhiều

Do vậy, việc nghiên cứu đánh giá tiềm năng năng lượng gió trên biển nhằm xác định các khu vực phù hợp để xây dựng nhà máy điện gió là rất cần thiết Đó là lý do tôi chọn đề tài:

“Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam”

2 Mục tiêu của đề tài

Bước đầu áp dụng các phương pháp tính toán năng lượng gió để tính tiềm năng năng lượng gió lý thuyết cho vùng biển ven bờ Việt Nam Qua đó nhằm xác định ra những khu vực phù hợp để xây dựng các nhà máy điện gió trên biển và đề xuất một số giải pháp để khai thác nguồn năng lượng này

3 Nội dung nghiên cứu

- Tính toán tốc độ gió ở các độ cao khác nhau (50m, 100m, 150m), tính toán mật độ năng lượng gió trung bình cả năm và trong hai mùa (mùa hạ và mùa đông) ở các độ cao khác nhau tại các vị trí được lựa chọn trong khu vực nghiên cứu

- Vẽ các sơ đồ phân bố tốc độ gió, mật độ năng lượng gió trong khu vực nghiên cứu

- Đánh giá tiềm năng năng lượng gió lý thuyết ở vùng biển ven bờ Việt Nam

- Đề xuất một số giải pháp nhằm khai thác điện gió trên biển

Chương 1 - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về năng lượng gió

Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển trái đất, đây là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời Năng lượng gió là một nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái tạo

Con người từ lâu đã biết sử dụng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm, khinh khí cầu hoặc cối xay gió Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành sau khi ra đời các phát minh về điện và máy phát điện Từ sau cuộc khủng hoảng dầu lửa vào những năm 1970, việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác nhau được đẩy mạnh trên toàn thế giới, kể cả việc phát triển các tua-bin gió hiện đại

Nguyên lý phát điện từ năng lượng gió như sau: tua-bin gió biến động năng của gió thành động năng của tua-bin, chuyển động quay của tua-bin dẫn đến chuyển động quay của máy phát điện và tạo ra điện Để truyền điện đi xa hơn, người ta dùng máy biến thế để tăng hiệu điện thế Điện năng được truyển tải đi đến nơi sử dụng qua đường dây tải điện

1.2 Hiện trạng phát triển điện gió trên thế giới

1.2.1 Hiện trạng phát triển điện gió

Từ sau cuộc khủng hoảng dầu lửa trong thập niên 70 của thế kỷ 20, việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác, nhất là từ gió, được đẩy mạnh trên toàn thế giới Điện gió cũng là một trong những công nghệ phát điện bằng năng lượng tái tạo với giá thành tương đối thấp và có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất trên thế giới hiện nay Theo Báo cáo Năng lượng gió thế giới năm 2012 [28] của Hiệp

hội Năng lượng gió thế giới (World Wind Energy Association - WWEA) cho biết:

Trong năm 2012, trên toàn thế giới mới lắp đặt thêm được 44.609MW điện

gió, nâng tổng công suất lắp đặt của điện gió đạt 282 275MW (Hình 1), đóng góp

khoảng 580 TWh điện mỗi năm, đáp ứng 3% nhu cầu tiêu thụ điện trên toàn thế giới, doanh thu từ điện gió ước tính là 75 tỷ USD

Tốc độ tăng trưởng của điện gió trong năm 2012 trên toàn thế giới là 19,3%, đây là mức tăng thấp nhất trong 10 năm trở lại đây Trong đó, châu Á là khu vực dẫn đầu về công suất điện gió mới được lắp đặt (chiếm 36,3% toàn thế giới), tiếp theo là Bắc Mỹ (31,3%) và châu Âu (27,5%), còn lại là các khu vực khác: châu Mỹ Latinh (3,9%), Australia (0,8%) và châu Phi (0,2%)

WWEA cũng dự đoán công suất điện gió trên toàn thế giới có thể sẽ đạt 500.000MW vào năm 2016 và đạt ít nhất là 1.000.000MW vào cuối năm 2020

Hình 1: Tổng công suất lắp đặt điện gió trên thế giới trong giai đoạn

Bảng 1: Công suất và tốc độ gia tăng điện gió ở một số nước trên thế giới trong

Tổng công suất năm

2011 (MW)

Tổng công suất năm

2012 (MW)

Công suất gia tăng năm 2012 (MW)

Tỷ lệ gia tăng năm

1.2.2 Hiện trạng phát triển điện gió ngoài khơi

Điện gió ngoài khơi ở đây được hiểu là điện gió được xây dựng trên mặt nước, bao gồm cả trên biển và các hồ trong lục địa

Từ một tua-bin gió đầu tiên được xây dựng ngoài khơi ở Thụy Điển vào năm

1990 với công suất 300kW, qua 15 năm phát triển rất chậm, đến năm 2005 các công trình điện gió ngoài khơi đã tăng mạnh Năm 2006 đã có 18 dự án điện gió ngoài khơi được xây dựng trên toàn thế giới với tổng công suất 804MW Đến cuối năm

2012, theo báo cáo Năng lượng gió thế giới năm 2012 của WWEA, toàn thế giới có 5.426MW điện gió ngoài khơi chiếm tỷ lệ 4,3% trong tổng công suất điện gió, trong

khơi trong năm 2012 lên tới 54%, trong đó Vương quốc Anh là quốc gia có mức tăng trưởng điện gió ngoài khơi lớn nhất với 1.423MW điện gió mới được lắp đặt

trong năm 2012 Hiện nay, có 13 nước trên thế giới có điện gió ngoài khơi (Bảng 2),

đứng đầu là 5 nước: Anh, Đan Mạch, Trung Quốc, Bỉ, Đức

Bảng 2: Công suất điện gió ngoài khơi ở một số nước trên thế giới trong

Tổng công suất năm

2010 (MW)

Tổng công suất năm

2011 (MW)

Công suất gia tăng năm 2012 (MW)

Tổng công suất năm 2012 (MW)

1.2.3 Hiện trạng phát triển công nghệ tua-bin gió

1.2.3.1 Phân loại tua-bin gió

Bắt đầu từ những cối xay gió xa xưa, hiện nay với sự phát triển nhanh chóng

về công nghệ và vật liệu, trên thế giới đã xuất hiện nhiều loại tua-bin gió khác nhau,

về cơ bản có thể chia chúng thành 2 loại chính: loại trục đứng và loại trục ngang, dựa vào định hướng trục quay của cánh quạt

* Tua-bin gió trục đứng:

Tua-bin gió trục đứng có thể đón gió từ mọi hướng nên hiệu quả cao hơn, cùng với cấu tạo đơn giản, các bộ phận đều có kích thước không quá lớn nên vận chuyển và lắp ráp dễ dàng, độ bền cao, duy tu bảo dưỡng đơn giản Tuy nhiên, loại tua-bin này cũng có nhiều hạn chế nên không được phổ biến rộng rãi, chẳng hạn như:

- Khó có thể đặt tua-bin thẳng đứng trên tháp cao, chỉ đặt được ở các vị trí thấp như mặt đất hoặc nóc các tòa nhà nơi có độ cao thấp, tua-bin phải hoạt động trong dòng không khí xáo động nhiều hơn, ở gần mặt đất có tốc độ gió thấp hơn nên năng lượng thu được rất thấp Do đó công suất hoạt động của tua-bin trục đứng thấp hơn

- Tua-bin trục đứng phải sử dụng các dây chằng để giữ cho hệ thống đứng yên, đáy chịu toàn bộ trọng lượng của rotor nằm trên trụ Các dây chằng được nối với đỉnh trụ làm giảm áp lực hướng xuống mỗi khi gió giật Với rotor đặt gần mặt đất là nơi tốc độ gió thấp hơn do cản trở bề mặt địa hình, tua-bin trục đứng không sản xuất được nhiều điện như tua-bin trục ngang ở cùng độ cao

* Tua-bin gió trục ngang:

Đây là loại tua-bin gió đang được thương mại hóa và sử dụng rộng rãi hiện nay Loại này thường có 3 cánh, đôi khi cũng có 2 cánh và có cả loại 1 cánh Tua-bin gió 3 cánh quạt hoạt động theo chiều gió với bề mặt cánh quạt hướng về chiều gió đang thổi Tua-bin gió trục ngang có ưu điểm là có bệ tháp cao cho phép tua-bin gió trục ngang tiếp cận gió mạnh hơn khi hướng gió hoặc tốc độ gió thay đổi

1.2.3.2 Công suất các loại tua-bin gió

Hiện nay có nhiều loại tua-bin gió với công suất lớn nhỏ khác nhau, theo công suất có thể chia tua-bin gió thành các loại như bảng sau:

Bảng 3: Phân loại tua-bin gió theo công suất [12]

và hệ thống quang điện Các hệ thống này được gọi là hệ thống lai ghép và điển hình là sử dụng cho các vùng sâu, vùng xa, những địa phương chưa có điện hoặc những nơi mà mạng điện không thể nối tới các khu vực này

Các tua-bin gió phát điện thường có công suất khá lớn từ 0,5 - 10MW Tuy nhiên, cho đến nay loại tua-bin gió phát điện có công suất vừa từ 800kW đến 2.500kW được ứng dụng phổ biến nhất Để có dãy công suất tua-bin gió lớn hơn, các tua-bin gió thường được xây dựng thành cụm, tạo thành các trang trại điện gió phát điện với qui mô công suất thường từ 20 - 100MW và có khả năng cung cấp năng lượng lớn hơn cho lưới điện Các tua-bin gió có công suất lớn thường phát điện để nối với lưới điện quốc gia

Do nhiều hạn chế, hiệu suất năng lượng của tua-bin chỉ đạt tối đa khoảng 59% so với tiềm năng năng lượng gió tự nhiên Tuy nhiên, sau 20 năm do những tiến bộ trong thiết kế, hiệu suất ngày nay đã có thể tăng lên tới 80% do kỹ thuật cánh quạt máy bay đã được áp dụng trong thiết kế cánh quạt tua-bin

1.3 Hiện trạng phát triển điện gió ở Việt Nam

1.3.1 Vai trò của điện gió ở Việt Nam

1.3.1.1 Cung ứng điện năng, đảm bảo an ninh năng lượng

Ở Việt Nam, tình trạng khó khăn về nguồn than đá được dự báo đã rất cận kề (năm 2012 bắt đầu phải nhập khẩu với số lượng lớn để phục vụ các nhà máy nhiệt điện), nguồn dầu mỏ cũng không còn nhiều kể từ năm 2030 trở đi Với những dự án

điện hiện có, kể cả nhà máy điện hạt nhân với công suất 4.000MW, thì từ 10 đến 20 năm tới, Việt Nam vẫn thiếu điện Tốc độ tăng trưởng trung bình của sản lượng điện

ở Việt Nam trong 20 năm trở lại đây đạt mức rất cao, khoảng 12-13%/năm, tức là gần gấp đôi tốc độ tăng trưởng GDP của nền kinh tế Theo dự báo của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), nếu tốc độ tăng trưởng GDP trung bình tiếp tục được duy trì ở mức 7,1%/năm thì nhu cầu điện sản xuất của Việt Nam vào năm 2020 sẽ là khoảng 200.000 GWh, vào năm 2030 là 327.000 GWh Trong khi đó, ngay cả khi huy động tối đa các nguồn điện truyền thống thì sản lượng điện nội địa của chúng ta cũng chỉ đạt mức tương ứng là 165.000 GWh (năm 2020) và 208.000 GWh (năm 2030) Điều này có nghĩa là nền kinh tế sẽ bị thiếu hụt điện một cách nghiêm trọng,

và tỷ lệ thiếu hụt có thể lên tới 20-30% mỗi năm Nếu dự báo này của EVN trở thành hiện thực thì hoặc là chúng ta phải nhập khẩu điện với giá đắt gấp 2-3 lần so với giá sản xuất trong nước, hoặc là hoạt động sản xuất của nền kinh tế sẽ rơi vào trì trệ Vì thế, Việt Nam cần có chiến lược đảm bảo an ninh năng lượng bằng cách một mặt mở rộng khai thác những nguồn năng lượng truyền thống; mặt khác, thậm chí còn quan trọng hơn, phát triển các nguồn năng lượng mới, đặc biệt là các nguồn năng lượng sạch và tái tạo, điển hình như năng lượng gió

1.3.1.2 Lợi ích về mặt môi trường - sinh thái và xã hội

Năng lượng gió được đánh giá là nguồn năng lượng thân thiện với môi trường và ít gây ảnh hưởng xấu về mặt xã hội

Khi tính đầy đủ cả các chi phí ngoài (là những chi phí phát sinh bên cạnh những chi phí sản xuất truyền thống) thì lợi ích của việc sử dụng năng lượng gió càng trở nên rõ rệt So với các nguồn năng lượng gây ô nhiễm (như ở các nhà máy nhiệt điện dùng than) hay phải phá rừng, chiếm dụng đất đai, di dời dân với quy mô lớn (như các nhà máy thủy điện lớn) hoặc tiềm ẩn nguy cơ xảy ra các sự cố rò rỉ phóng xạ (như các nhà máy điện hạt nhân), khi sử dụng năng lượng gió, người dân không phải chịu thiệt hại do thất thu hoa màu hay tái định cư, và họ cũng không phải chịu thêm chi phí y tế và chăm sóc sức khỏe do ô nhiễm môi trường

Ngoài ra, năng lượng gió giúp đa dạng hóa các nguồn năng lượng, tránh phụ thuộc vào một hay một số ít nguồn năng lượng chủ yếu như năng lượng hóa thạch, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu, góp phần giữ vốn đầu tư nội địa Do

đó, năng lượng gió giúp phân tán rủi ro và tăng cường an ninh năng lượng

1.3.1.3 Ưu điểm của điện gió trên biển so với trên đất liền

Cho tới nay, phần lớn những nhà máy điện gió đều ở trên đất liền Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các nhà máy điện gió đã được xây dựng So với điện gió trên đất liền, điện gió trên biển có những ưu điểm sau:

- Tiềm năng năng lượng gió trên biển lớn hơn nhiều so với trên đất liền Theo nguồn số liệu về gió được thu thập chủ yếu từ các trạm khí tượng thuỷ văn, tốc độ gió trung bình năm đo được từ các trạm ở trong đất liền tương đối thấp, khoảng 2-3m/s Tuy nhiên, ở khu vực ven biển có tốc độ gió cao hơn, từ 3-5m/s Ở khu vực các đảo, tốc độ gió trung bình có thể đạt tới 5-8m/s Do đó, có thể nói vùng biển và các hải đảo ở nước ta có tiềm năng khá tốt để phát triển điện gió

- Trên đất liền địa hình và mặt đệm khá đa dạng dẫn đến tốc độ gió phân bố rất phức tạp, phụ thuộc rất lớn vào đặc điểm và độ gồ ghề của lớp bề mặt, không chỉ làm chậm việc tốc độ gió tăng theo độ cao mà còn có thể tạo ra sự khác nhau rất nhiều trên một khu vực không lớn Việc chọn địa điểm để đặt tua-bin gió trở nên khó khăn, dễ dẫn đến năng lượng thực thấp hơn dự báo hoặc ngược lại Đối với ngoài khơi do bề mặt thoáng, đồng đều nên tốc độ gió không bị ảnh hưởng bởi địa hình

- Cho đến nay, vùng ven biển đều là những khu vực phát triển, bao gồm các thành phố, khu công nghiệp, khu dân cư tập trung Đó chính là những khu vực tiêu thụ lớn nguồn điện năng, mạng lưới tải điện cũng phát triển Như vậy các nhà máy điện gió trên biển sẽ gần các trung tâm tiêu thụ và dễ dàng kết nối với mạng điện quốc gia, giảm chi phí và tiêu hao do truyền tải điện

1.3.2 Các dự án điện gió hiện nay ở Việt nam

1.3.2.1 Các dự án điện gió có nối lưới

Theo thống kê, đến tháng 9 năm 2012, có tổng cộng 77 dự án điện gió quy

mô công nghiệp đã được đăng ký tại 18 tỉnh thành với tổng công suất đăng ký là 7.234MW (công suất đăng ký giai đoạn 1 là 1.488MW) [5] Khu vực tập trung chủ yếu là ở các tỉnh miền Nam Trung Bộ và Nam Bộ, với tổng công suất đăng ký gần 5.000MW, quy mô công suất của mỗi dự án từ 6MW đến 250MW Nhìn chung, các

dự án và các nhà đầu tư điện gió tập trung nhiều nhất trên địa bàn 2 tỉnh Bình Thuận

và Ninh Thuận, đây cũng là 2 tỉnh được đánh giá có tiềm năng gió dồi dào nhất Việt Nam

Tỉnh Bình Thuận hiện có đến 18 nhà đầu tư, đăng ký 22 dự án điện gió với tổng công suất đăng ký gần 1.700MW [14] Ngày 16/8/2012 Bộ Công Thương đã

có Quyết định số 4715/QĐ-BCT về việc phê duyệt “Quy hoạch phát triển điện gió tỉnh Bình Thuận giai đoạn 2011 - 2020, tầm nhìn đến năm 2030” với các nội dung: đến năm 2020, tổng công suất lắp đặt đạt xấp xỉ 700MW với sản lượng điện gió tương ứng 1.500 triệu kWh; đến năm 2030, dự kiến công suất lắp đặt tích luỹ đạt khoảng 2.500MW với sản lượng điện gió tương ứng là 5.475 triệu kWh

Tỉnh Ninh Thuận hiện có 13 nhà đầu tư, đăng ký 16 dự án điện gió với tổng công suất đăng ký hơn 1.100MW [14] Ngày 23/4/2013, Bộ Công Thương đã phê duyệt “Quy hoạch phát triển điện gió tỉnh Ninh Thuận giai đoạn 2011-2020, tầm nhìn đến năm 2030” tại Quyết định số 2574/QĐ-BCT với các nội dung: đến năm

2015, dự kiến công suất lắp đặt khoảng 90MW với sản lượng điện gió tương ứng là

197 triệu kWh; đến năm 2020, dự kiến công suất lắp đặt tích lũy đạt khoảng 220MW với sản lượng điện gió tương ứng là 482 triệu kWh

Tại Việt Nam hiện nay đang có một số dự án điện gió nối lưới điển hình như sau:

* Dự án điện gió số 1 Bình Thuận [19]:

Dự án điện gió số 1 Bình Thuận do Công ty Cổ phần Tái tạo Năng lượng Việt Nam (REVN) làm chủ đầu tư, xây dựng ở xã Bình Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận Toàn bộ dự án, khi hoàn thành, sẽ có 80 tua-bin với tổng công suất 120MW, sử dụng công nghệ của hãng Furlaender (Đức) Giai đoạn 1 của dự án gồm

20 tua-bin gió, chiều cao cột tháp là 85m, đường kính cánh quạt 77m, công suất 1,5MW/tua-bin, tổng công suất là 30MW Hàng năm dự tính sản xuất khoảng gần

100 triệu kWh điện Hiện nay, nhà máy đã hoàn thành giai đoạn 1 và chính thức đi vào hoạt động từ ngày 18/4/2012 Tổng mức đầu tư trong giai đoạn này là 1.500 tỷ đồng Đây cũng là nhà máy điện gió nối lưới đầu tiên chính thức đi vào hoạt động ở nước ta Theo kế hoạch, giai đoạn 2 của dự án chuẩn bị khởi công xây dựng và lắp đặt thêm 60 tua-bin gió, nâng tổng công suất của toàn bộ nhà máy lên 120 MW

* Dự án điện gió Bạc Liêu [17]:

Dự án điện gió Bạc Liêu là dự án điện gió trên biển đầu tiên ở nước ta được xây dựng Dự án này do Công ty TNHH Xây dựng - Thương mại và Du lịch Công

Lý làm chủ đầu tư, xây dựng tại xã Vĩnh Trạch Đông, thành phố Bạc Liêu, tỉnh Bạc Liêu Toàn bộ nhà máy điện gió Bạc Liêu được đặt dọc theo đê biển Đông, cách bờ

200 - 1000m, kéo dài từ phường Nhà Mát đến ranh giới tỉnh Sóc Trăng và chiếm tổng diện tích gần 500 ha mặt biển Các tua-bin gió sử dụng là loại tua-bin trục ngang của hãng General Electric (Mỹ) được làm bằng thép không gỉ, trụ lắp tua-bin cao 90m, gồm 3 cánh quạt với chiều dài mỗi cánh là 42m Hiện nay, nhà máy đã hoàn thành giai đoạn 1 với 10 tua-bin có tổng công suất là 16 MW và chính thức đi vào hoạt động từ ngày 29/5/2013 Giai đoạn 2 của dự án sẽ xây lắp đặt tiếp 52 tua-bin gió còn lại, dự kiến hoàn thành vào cuối năm 2014 Sau khi hoàn thành, nhà máy điện gió Bạc Liêu sẽ có tổng số 62 tua-bin với tổng công suất trên 99 MW và điện năng sản xuất ra khoảng 320 triệu kWh/năm với tổng mức đầu tư là 5.200 tỷ đồng

* Dự án phong điện Phú Quý [18]:

Dự án phong điện Phú Quý do Công ty TNHH MTV Năng lượng tái tạo Điện lực Dầu khí Việt Nam làm chủ đầu tư, có tổng vốn đầu tư là 335 tỷ đồng, được xây dựng tại 2 xã Long Hải và Ngũ Phụng, huyện đảo Phú Quý, tỉnh Bình Thuận Nhà máy phong điện Phú Quý có công suất 6MW, gồm 3 tua-bin gió trục ngang với công suất mỗi tua-bin là 2MW Các tua-bin gió sử dụng của hãng Vestas, Đan Mạch, chiều cao mỗi trụ tháp tua-bin là 60m, gồm 3 cánh quạt, mỗi cánh dài 37m

để hứng gió, đường kính khi quạt quay là 75m Đây là dự án phong điện đầu tiên của Việt Nam sử dụng mô hình vận hành hỗn hợp Gió – Diesel, được khởi công xây dựng vào cuối năm 2010 và khánh thành vào ngày 24/1/2013 Nhà máy khi đi vào hoạt động sẽ cung cấp bình quân hàng năm khoảng 25,4 triệu kwh

Điện gió Bạc Liêu [17] Điện gió Bình Thuận 1 [19] Điện gió Phú Quý [18]

Hình 2: Một số hình ảnh về các dự án điện gió ở Việt Nam

1.3.2.2 Các dự án điện gió không nối lưới

Tại Việt Nam, trong những năm trước đây, có một số dự án điện gió qui mô nhỏ đã được triển khai với công suất tua-bin không quá 20kW, không nối lưới Các

dự án đã được triển khai trước đây hầu hết không còn hoạt động do quá tuổi thọ thiết bị và thiếu sự bảo trì, bảo dưỡng

Tuy nhiên, hiện nay vẫn còn một số nhà máy điện gió không nối lưới với qui

mô nhỏ, xây dựng tại các tỉnh miền núi, vùng sâu vùng xa và hải đảo, ví dụ như: ở tỉnh Kon Tum năm 2004 đã lắp đặt và vận hành dự án điện gió nối lưới mini đầu tiên - vùng ngoài lưới có công suất 7kW Dự án điện gió Trường Sa 9kW (3 x

3kW) và 7kW điện mặt trời, do Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh thực hiện, đã đưa vào vận hành

Các tua-bin nhỏ quy mô hộ gia đình có công suất 100 - 200W tới 500W được xem là vận hành khá tốt ở Việt Nam do được bảo dưỡng thường xuyên Đơn vị chính sản xuất tuabin gió loại này là Trung tâm Năng lượng tái tạo và thiết bị nhiệt (RECTERE) thuộc Trường đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Ngoài ra, Viện Năng lượng là đơn vị cũng đã nghiên cứu, triển khai ứng dụng các tua-bin có công suất 150W để áp dụng cho các hộ dân cư vùng sâu, vùng xa

1.3.3 Quy hoạch phát triển điện gió toàn quốc

Quy hoạch phát triển điện gió toàn quốc đến năm 2020, có xét đến năm 2030

là nhằm thực hiện chiến lược phát triển năng lượng quốc gia Việt Nam đến năm

2020, tầm nhìn đến năm 2050, nhằm thực hiện các thỏa thuận của Thủ tướng Chính phủ và Bộ Công Thương bổ sung các dự án điện gió đã đăng ký đầu tư vào quy hoạch phát triển điện lực Trong bản Quy hoạch này cũng đã tính toán được tiềm năng năng lượng gió lý thuyết và kỹ thuật ở trên khu vực đất liền của Việt nam, cụ thể như sau:

1.3.3.1 Tiềm năng gió lý thuyết

Theo bản Báo cáo tóm tắt của Quy hoạch phát triển điện gió toàn quốc đến năm 2020, có xét đến năm 2030 [14], tiềm năng gió lý thuyết được xét theo tỉnh, là khu vực có vận tốc gió trung bình năm từ 6,0m/s trở lên, ở độ cao 80m so với mặt đất Theo tính toán, tiềm năng gió lý thuyết của Việt Nam phân bố trên 16 tỉnh từ

Hà Tĩnh đến Sóc Trăng với tổng diện tích là 5.339 km2 (Bảng 4) Trong số đó, tiềm

năng gió tập trung ở khu vực các tỉnh duyên hải Nam Trung Bộ (Bình Thuận, Ninh Thuận), khu vực Tây Nguyên (Gia Lai, Đăk Lăk) Trong các khu vực có tiềm năng gió, vận tốc trung bình năm phổ biến nằm trong khoảng 6,5-7,0m/s chiếm khoảng 67% diện tích, vận tốc gió trung bình năm lớn hơn 7,0m/s chiếm khoảng 21% diện tích, phần lớn là khu vực núi cao thuộc Tây Nguyên và dải Trường Sơn Tổng công suất điện gió tiềm năng lý thuyết có thể lắp đặt trên địa bàn Việt Nam ước khoảng 21.356MW Lượng công suất này được ước tính dựa trên tổng diện tích khu vực có

tiềm năng gió lý thuyết và giả thiết rằng mật độ bố trí công suất tua-bin gió là 1MW/25ha

Bảng 4: Thống kê diện tích tiềm năng gió lý thuyết theo tỉnh (km 2 ) [14]

1.3.3.2 Tiềm năng gió kỹ thuật

Khu vực có tiềm năng gió kỹ thuật của Việt Nam được xác định dựa trên Atlas gió là khu vực có vận tốc gió trung bình năm trên 6,0m/s, có địa hình bằng phẳng hoặc có độ dốc nhỏ, có khả năng tiếp cận và khả năng đấu nối với lưới điện quốc gia

Tổng diện tích khu vực có tiềm năng gió kỹ thuật của Việt Nam vào khoảng 1.932 km2, phân bố trên 13 tỉnh (Bảng 5) Tuy nhiên, tập trung chủ yếu tại các tỉnh

Bình Thuận, Ninh Thuận, Gia Lai, Đăk Lăk Tổng công suất điện gió nối lưới về mặt kỹ thuật có thể lắp đặt trên địa bàn Việt Nam ước khoảng 7.728MW Lượng công suất này được ước tính dựa trên tổng diện tích khu vực có tiềm năng gió lý thuyết và giả thiết rằng mật độ bố trí công suất tua-bin gió là 1MW/25ha

Bảng 5: Thống kê diện tích tiềm năng gió kỹ thuật theo tỉnh (km 2 ) [14]

dự kiến sẽ được tiếp tục khai thác trong giai đoạn 2021 – 2030 với mức công suất tích lũy dự kiến của điện gió đạt 7.700MW (mức tăng trưởng bình quân 22,7%/năm) với sản lượng điện tương ứng là 16.863 GWh (bằng 2,74% điện thương phẩm toàn quốc năm 2030) [14]

1.3.4 Một số nghiên cứu đánh giá tiềm năng năng lượng gió ở Việt Nam

Trong thập niên vừa qua có một số công trình nghiên cứu được thực hiện bởi các tổ chức trong và ngoài nước đã phác thảo sơ lược bức tranh về tiềm năng năng lượng gió ở Việt Nam Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu này phần lớn tập trung nghiên cứu, đánh giá tiềm năng năng lượng gió ở trong đất liền, gần đây mới có một

số nghiên cứu về năng lượng gió ngoài biển Tại cấp độ quốc gia, một số đề án, dự

án, công trình nghiên cứu khoa học đã được thực hiện, có thể kể đến là:

- “Atlas tài nguyên năng lượng gió khu vực Đông Nam Á” (Wind Energy Resource Atlas of Southeast Asia) gồm 04 nước: Việt Nam, Lào, Campuchia và Thái Lan, được Ngân hàng Thế giới tài trợ thực hiện và ấn hành vào tháng 9 năm

- “Quy hoạch phát triển điện gió toàn quốc giai đoạn đến năm 2020, có xét đến 2030” do Tổng cục Năng lượng - Bộ Công Thương thực hiện vào năm 2012

- Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ “Đánh giá tài nguyên và khả năng khai thác năng lượng gió trên lãnh thổ Việt Nam” - Viện Khí tượng Thủy Văn, năm 2004

- 2007

- Đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước, mã số KC.09.19/06-10: “Nghiên cứu đánh giá tiềm năng các nguồn năng lượng biển chủ yếu và đề xuất các giải pháp

khai thác” - Viện Cơ học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, năm 2006 -

2010

Nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với bờ biển kéo dài (trên 3000 km), Việt Nam được đánh giá là quốc gia có tiềm năng năng lượng gió khá lớn Tuy nhiên, giống như nhiều quốc gia đang phát triển khác, tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam vẫn chưa được lượng hoá ở mức độ thích hợp Cho đến nay, nguồn số liệu về gió chủ yếu được thu thập từ 150 trạm khí tượng thuỷ văn Dữ liệu gió do các trạm khí tượng thuỷ văn cung cấp, mặc dù có tính dài hạn nhưng vẫn chưa đáng tin cậy để đánh giá tiềm năng năng lượng gió trên diện rộng vì các trạm khí tượng thủy văn này thường được đặt ở trong thành phố hoặc thị trấn, việc đo gió được tiến hành ở độ cao 10m và dữ liệu chỉ được đọc 4 lần/ngày

Trong năm 2001, Ngân hàng thế giới (WB) đã tài trợ để xây dựng Atlas gió cho 4 nước (Campuchia, Lào, Thái Lan và Việt Nam) nhằm hỗ trợ phát triển năng

lượng gió cho khu vực này (Hình 3) Bản nghiên cứu này, với dữ liệu gió lấy từ

trạm khí tượng thủy văn cùng với dữ liệu lấy từ mô hình mô phỏng MesoMap, đưa

ra ước tính sơ bộ về tiềm năng gió ở Việt Nam tại độ cao 30m và 65m cách mặt đất, tương ứng với độ cao trục của các tua-bin gió nối lưới cỡ lớn và tua-bin gió nhỏ được lắp đặt ở những vùng có lưới mini độc lập Nghiên cứu này của WB chỉ ra rằng Việt Nam là nước có tiềm năng năng lượng gió tốt nhất trong 4 nước trong khu vực Tổng diện tích được đánh giá vào loại khá trở lên (có vận tốc trung bình năm tại độ cao lắp tua-bin từ 6m/s trở lên) là 128.340km2, chiếm tỷ lệ 39,4% diện tích cả

nước, với tổng công suất điện gió ước đạt khoảng 513.360MW (Bảng 6) Đây là

những con số được nhiều người trích dẫn nhất khi nói đến tiềm năng gió ở Việt Nam Tuy nhiên, atlas gió này của WB được nhiều chuyên gia đánh giá là quá lạc quan và có thể mắc một số lỗi do tiềm năng gió được đánh giá dựa trên chương trình mô phỏng

Bảng 6: Tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam tại độ cao 65 m theo Atlas gió

Tốt 7-8m/s

Rất tốt 8-9m/s

bản đồ Atlas tiềm năng gió Việt Nam (Hình 3), thiết lập năm 2010, kết hợp với bản

đồ địa dư các địa phương liên quan (đã số hóa)

Atlas tiềm năng gió cho thấy, các khu vực có tiềm năng gió tập trung ở khu vực duyên hải các tỉnh phía Nam Tổng diện tích được đánh giá có tiềm năng gió vào loại khá trở lên (có vận tốc trung bình năm tạo độ cao lắp tua-bin từ 6m/s trở lên) là 5.339km2, chiếm tỷ lệ 1,6% diện tích cả nước, với tổng công suất điện gió ước đạt 21.356MW Bảng tổng hợp kết quả đánh giá tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 80m thể hiện ở bảng sau đây:

Bảng 7: Tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam tại độ cao 80m theo Atlas gió

năm 2010 [14]

Tốc độ gió trung bình

Atlas gió năm 2001, độ cao 65m [26] Atlas gió năm 2010, độ cao 80m [14]

Hình 3: Atlas tiềm năng gió của Việt Nam năm 2001 và năm 2010

Thực hiện so sánh giữa 2 Atlas gió năm 2001 và năm 2010, có thể nhận thấy

về mặt định tính, cả 2 atlas đều khá giống nhau về tiềm năng gió tương đối vượt trội

ở một số khu vực như khu vực duyên hải các tính phía nam và Nam Trung Bộ, đặc biệt là 02 tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận, các tỉnh khu vực Tây Nguyên như Gia Lai, Đăk Lăk…Tuy nhiên, về mặt định lượng, kết quả chênh lệch rất lớn Số liệu diện tích khu vực có tiềm năng trong atlas năm 2010 chỉ bằng khoảng 4,2% số liệu

đã công bố ở atlas năm 2001, đó là chưa kể đến sự chênh lệch về độ cao làm kết quả

có thể thêm khác biệt (độ cao của nghiên cứu cũ là 65m và nghiên cứu mới là 80m)

Để thực sự khai thác hết tiềm năng năng lượng gió, ngày nay người ta không chỉ xây dựng các trang trại gió trên đất liền mà có khuynh hướng tiến ra biển Trên đất liền, vận tốc gió trung bình khoảng 2 - 3m/s, trong khi ngoài khơi, vận tốc gió trung bình có thể lên đến trên 5 - 8m/s Trong những năm gần đây đã có một số đề tài nghiên cứu về tiềm năng năng lượng gió trên biển Việt Nam, điển hình là Đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước, mã số KC.09.19/06-10: “Nghiên cứu đánh giá

tiềm năng các nguồn năng lượng biển chủ yếu và đề xuất các giải pháp khai thác”

do Viện Cơ học Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam thực hiện từ năm 2006

-2010 Trong phạm vi của đề tài này đã xây dựng được tập bản đồ năng lượng gió

cho khu vực Biển Đông và biển Việt Nam (Hình 4) dựa trên mô hình Nghiên cứu và

dự báo khí tượng (Weather Reseach and Forecast - WRF) với dữ liệu về tốc độ được khai thác từ các nguồn: số liệu đo gió của các trạm khí tượng ven biển và hải đảo; số liệu gió của đề tài tổ chức đo đạc; số liệu quan trắc gió từ vệ tinh của Hoa

Kỳ và Nhật Bản; nguồn số liệu từ đầu ra của mô hình WRF (đây là nguồn số liệu chính để xây dựng atlas), với đầu vào là số liệu tái phân tích của Trung tâm Quốc gia Nghiên cứu khí quyển của Hoa Kỳ (NCAR) sau khi được bổ sung, hiệu chỉnh và

so sánh với các nguồn số liệu quan trắc đã nêu

Hình 4: Bản đồ tiềm năng năng lượng gió trên Biển Đông và biển ven bờ Việt

Nam, độ cao 80m [8]

Đề tài đã đánh giá tiềm năng gió dựa vào bản đồ phân bố mật độ năng lượng gió ở độ cao cần khai thác năng lượng Trên bản đồ phân bố tiềm năng gió ở độ cao 80m cho thấy trên Biển Đông, vùng kéo dài dọc theo hướng đông bắc - tây nam từ

eo biển Đài Loan tới vùng biển khu vực Đông Nam Bộ nước ta có tiềm năng năng lượng khá cao đạt 300 - 600 W/m2 Trong đó khu vực ven biển cực Nam Trung Bộ

là một trung tâm có mật độ năng lượng 400 - 600W/m2 Ngoài ra trên khu vực vịnh Bắc Bộ cũng hình thành một trung tâm có mật độ năng lượng đạt 300 - 400 W/m2

1.4 Tổng quan về khu vực nghiên cứu

1.4.1 Đặc điểm chung

Phạm vi nghiên cứu của luận văn là năng lượng gió ở vùng biển ven bờ và một số hòn đảo (chủ yếu là gần bờ) của Việt Nam Diện tích vùng biển Việt Nam là hơn 1 triệu km2, trong đó có hơn 3.000 hòn đảo lớn, nhỏ và hai quần đảo lớn là Hoàng Sa và Trường Sa Các đảo của ViệtNam được chia thành hệ thống các đảo ven bờ và hệ thống các đảo xa bờ Hệ thống đảo ven bờ có khoảng 2.800 đảo, phân

bố tập trung nhất ở vùng biển các tỉnh: Quảng Ninh, Hải Phòng, Khánh Hòa, Kiên Giang với tổng diện tích 1.720 km2, trong đó có 84 đảo có diện tích trên 1 km2, 24 đảo có diện tích trên 10 km2, 66 đảo có dân sinh sống với tổng số dân khoảng 200.000 người

Việt Nam có 28 tỉnh tiếp giáp với biển (Hình 5), bao gồm 116 huyện giáp

biển và 12 huyện đảo (Cô Tô, Vân Đồn, Bạch Long Vĩ, Cát Hải, Cồn Cỏ, Hoàng

Sa, Lý Sơn, Trường Sa, Phú Qúy, Côn Đảo, Kiên Hải, Phú Quốc)

Địa hình đáy biển nước ta khá phức tạp, có thể chia thành 4 khu vực chính: vịnh Bắc Bộ với độ sâu lớn nhất khoảng 90m, biển miền Trung với độ sâu lớn nhất khoảng 2.000m, biển miền Đông Nam Bộ với độ sâu lớn nhất khoảng 100m và vịnh Thái Lan với độ sâu lớn nhất khoảng 80m Thềm lục địa Biển Đông chiếm 50% diện tích, phân bố ở độ sâu nhỏ hơn 200m Ở đây thường tồn tại các bồn trầm tích liên quan với các bể chứa dầu khí, tích tụ sa khoáng và là điểm quần tụ của các loài hải sản có giá trị, do đó ở đây có các hoạt động kinh tế diễn ra rất sôi động

Hình 5: Bản đồ các tỉnh, thành phố ven biển Việt Nam [6]

1.4.2 Đặc điểm của chế độ gió

1.4.2.1 Hướng gió trên Biển Đông và biển ven bờ Việt Nam

Việt Nam nằm trong khu vực gió mùa Đông Nam Á Trong năm có hai mùa gió khác nhau về bản chất và có hướng thịnh hành trái chiều nhau Vào thời kỳ lạnh các khối không khí có nguồn gốc tại Sibêri tràn xuống phía Nam, khi xâm nhập vào lãnh thổ nước ta gây ra gió mùa Đông Bắc với hướng gió thịnh hành bắc - đông bắc Vào thời kỳ nóng, những khối không khí có nguồn gốc xích đạo từ phương nam thổi lên gây ra gió mùa Tây Nam với hướng gió thịnh hành là tây nam ở Nam Bộ và Nam Trung Bộ, sau khi vòng qua biển thổi tới Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ gió lệch sang hướng đông nam Căn cứ vào tần suất xâm nhập của hai hệ thống hoàn lưu này vào các thời gian trong năm, có thể phân chia ra gió mùa đông hay gió mùa Đông Bắc (từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau), gió mùa hạ hay gió mùa Tây Nam (từ tháng

5 đến tháng 9)

Với cơ chế hoàn lưu vừa nêu, trên Biển Đông nói chung, ven biển và hải đảo Việt Nam nói riêng đã hình thành một chế độ gió có phân hóa mùa khá rõ rệt Sự phân hóa đó trước hết được biểu hiện qua sự thay đổi của hướng gió thịnh hành Trên Biển Đông tuy với hai hướng chủ đạo của gió mùa là Đông Bắc về mùa đông

và Tây Nam về mùa hè song hướng gió thịnh hành thực tế trên các khu vực còn có ảnh hưởng của địa hình và các hoàn lưu địa phương Trên khu vực vịnh Bắc Bộ hướng gió đông bắc và đông chiếm ưu thế tuyệt đối, các hướng gió nam và tây nam chỉ chiếm một phần nhỏ Vào đến ven biển Trung Bộ hướng gió thịnh hành hàng năm chịu ảnh hưởng rất mạnh của địa hình dải bờ chạy theo hướng tây bắc -đông nam rồi chuyển dần qua hướng bắc - nam Ở Nam Bộ hướng gió thịnh hành là tây nam với gió mùa Tây Nam hoạt động vào mùa hạ Hướng gió thịnh hành trên các hòn đảo cũng tương tự như trên biển thể hiện qua hình sau:

Hình 6: Hoa gió tại trạm khí tượng ở một số hòn đảo [8]

Các đảo ở khu vực Bắc Bộ có hướng gió thịnh hành là đông bắc vì ở đây gió mùa Đông Bắc chiếm ưu thế như các đảo Cô Tô, Bạch Long Vĩ Các đảo ở Trung

Bộ có hướng tây bắc - đông nam hoặc bắc - nam như các đảo Hòn Ngư (Nghệ An), Cồn Cỏ (Quảng Trị), Lý Sơn (Quảng Ngãi) Tới Phú Quý (Bình Thuận) chế độ gió

ở đây thịnh hành với hai hướng là đông bắc và tây nam Ra khỏi ảnh hưởng của địa hình vùng bờ Trung Bộ, gió trên các đảo của vùng biển phía Nam có dạng chung của cơ chế gió mùa Tuy nhiên những ảnh hưởng của địa hình khu vực cũng làm cho chúng khác nhau đáng kể Ở Côn Đảo (Bà Rịa - Vũng Tàu) vẫn chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc nên có hướng chính là đông bắc Đảo Phú Quốc (Kiên Giang) nằm xa về phía tây nam khuất sau đồng bằng Nam Bộ so với hướng gió đông bắc và do các núi che chắn ở trên đảo nên hướng gió phân tán

1.4.2.2 Tốc độ gió tầng thấp khu vực Biển Đông

Với đặc tính các hoàn lưu như trên, có thể thấy hoàn lưu Đông Bắc có vai trò quan trọng hơn Gió mùa Tây Nam mặc dù khá mạnh song khi tới Biển Đông thường đã suy yếu hoặc do bị các khối núi trên bán đảo Đông Dương ngăn cản hoặc cũng đã vượt khá xa từ khu vực xích đạo chủ yếu ở phần tây Ấn Độ Dương nên khi tới nam Biển Đông đã suy yếu Mặt khác các dòng gió này thường hình thành từng đợt mạnh xen kẽ những đợt gió yếu làm cho tốc độ gió trung bình cả tháng thấp không như mùa đông

Có thể thấy trên Biển Đông nói chung và ven biển nước ta nói riêng hình thành 2 mùa gió khá rõ rệt Mùa đông có tốc độ gió lớn hơn ở vịnh Bắc Bộ, vùng biển Trung Bộ Đối với vùng biển Nam Bộ gió thường yếu đi rõ rệt, với các đảo phía đông thì tốc độ gió lớn hẳn vào gió mùa mùa đông như ở Côn Đảo, còn với các đảo phía tây nam thì tốc độ gió lớn hơn trong mùa hạ hay gió mùa Tây Nam như ở Phú Quốc Có thể đây là ảnh hưởng của địa hình khu vực địa phương quanh đảo Trên các hải đảo phía đông lãnh thổ, gió thổi rất mạnh Tại các đảo phía nam do gần xích đạo gió thổi có tốc độ nhỏ hơn so với các đảo phía đông

Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

* Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của Luận văn là năng lượng gió (cụ thể là tốc độ gió

và mật độ năng lượng gió)

* Phạm vi nghiên cứu:

Phạm vi nghiên cứu của Luận văn là vùng biển ven bờ và các hải đảo của Việt Nam (Hình 8), cách đường bờ khoảng 50km (trừ một số hòn đảo ngoài khơi), được chia thành các khu vực sau:

- Vùng biển Bắc Bộ bao gồm 5 tỉnh: Quảng Ninh, Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình

- Vùng biển Bắc Trung Bộ bao gồm 6 tỉnh: Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế

- Vùng biển Nam Trung Bộ bao gồm 8 tỉnh, thành phố: Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận

- Vùng biển Nam Bộ bao gồm 9 tỉnh, thành phố: Bà Rịa-Vũng Tàu, Thành phố Hồ Chí Minh, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang

- Các đảo gần bờ bao gồm 7 đảo: Cô Tô, Hòn Dấu, Hòn Ngư, Cồn Cỏ, Lý Sơn, Côn Đảo, Phú Quốc

- Các đảo xa bờ bao gồm 2 đảo: Bạch Long Vĩ, Phú Quý

Khu vực nghiên cứu và vị trí các trạm khí tượng dùng để khai thác số liệu về tốc độ gió thể hiện qua hình sau:

Hình 7: Khu vực nghiên cứu 2.2 Phương pháp nghiên cứu

Một số phương pháp dùng để tính toán tiềm năng lý thuyết năng lượng gió được sử dụng trong nghiên cứu của Luận văn này là:

2.2.1 Phương pháp tính toán tốc độ gió ở các độ cao khác nhau

Để đánh giá tiềm năng năng lượng gió tại một độ cao nào đó của khu vực, cần phải biết giá trị tốc độ gió ở độ cao đó Song, trong thực tế, trên thế giới nói chung và ở nước ta nói riêng, số trạm quan trắc cao không (có thể quan trắc được gió trên các độ cao) rất ít Do đó, những nơi không có thiết bị quan trắc gió trên cao, phải xác định gió cho các độ cao một cách gián tiếp dựa vào tốc độ gió mặt đất quan trắc được từ các trạm khí tượng bằng một hàm phân bố gió theo độ cao

Phân bố gió theo độ cao (thường gọi là profil gió) ở từng khu vực, từng thời điểm cụ thể phụ thuộc không chỉ vào độ gồ ghề của mặt đệm mà cả tầng kết nhiệt của khí quyển và một số yếu tố khác Nếu chỉ dừng ở những đặc trưng trung bình dài ngày như trung bình tháng, năm…những ảnh hưởng của các đặc trưng môi trường tới profil gió nhỏ nên người ta thường chỉ để ý đến ảnh hưởng của độ nhám của lớp bề mặt Khi đó quy luật biến đổi theo độ cao của tốc độ gió trong lớp gần mặt đất có thể biểu diễn theo 2 hàm cơ bản là logarit và lũy thừa Người ta thường gọi là quy luật loga hay lũy thừa Hiện nay, trên thế giới thường áp dụng 2 quy luật này để ước lượng gián tiếp profil gió theo độ cao Tuy nhiên, theo nhiều tài liệu cho thấy, sử dụng hàm phân bố loga vừa tiện lợi vừa phù hợp khá tốt đối với tốc độ gió trong lớp khí quyển từ mặt đất đến độ cao khoảng 100m

Quy luật loga nhằm mô phỏng sự biến đổi theo chiều thẳng đứng của tốc độ gió ngang trong lớp biên, chủ yếu là lớp bề mặt (từ mặt đất đến độ cao khoảng 100m) Ở những lớp cao thuộc khí quyển tự do thì phân bố gió lại tuân theo luật gió địa chuyển

Nếu biết tốc độ gió V1 ở độ cao z1 có thể tính được tốc độ gió Vz ở độ cao zz

theo công thức sau:

)z/zln(

)z/zln(

V

V

0 1

0 z 1

z = (2.1)

Suy ra:

) / ln(

) / ln(

.

0 1

0

z z V

z = (2.2)

Trong đó, Vz là tốc độ gió ở độ cao cần tính zz, V1 là tốc độ gió quan trắc mặt đất, z0 là độ gồ ghề của mặt đệm, mức z1 là độ cao của máy đo gió mặt đất (z1 = 10 mét)

Do độ cao cần tính thường lớn hơn độ cao đo gió mặt đất (zz > z1) nên Vz >

V1 hay tốc độ gió tăng theo độ cao của địa hình Ngoài ra, mức độ tăng lên của tốc

độ gió theo độ cao phụ thuộc vào độ gồ ghề của mặt đệm (z0) Khi độ gồ ghề của mặt đệm càng lớn thì tốc độ gió ở độ cao cần tính (Vz) càng tăng nhanh

2.2.1.1 Bộ số liệu về tốc độ gió dùng để tính toán năng lượng gió

Số liệu gió quan trắc trên các trạm khí tượng bề mặt, phục vụ chủ yếu việc

dự báo thời tiết và các nghiên cứu khí hậu, nên thường chưa đáp ứng được yêu cầu tính toán các đặc trưng khí hậu gió phục vụ mục tiêu khai thác năng lượng gió do khoảng cách đo khá lớn (3 - 6 giờ), thiết bị đo thay đổi và thường là độ chính xác chưa cao, độ cao đặt máy đo thấp (10m)…Tuy nhiên, đây là các bộ số liệu đủ dài để phản ánh những biến động vốn có của chế độ gió mà không bộ số liệu khảo sát nào

có thể có được Nếu chỉ dựa vào số liệu đo một thời gian ngắn để đánh giá tiềm năng năng lượng gió sẽ không thể phản ánh được những đặc tính của nó gắn với những điều kiện địa phương, dẫn đến những đánh giá thiếu chính xác về nguồn năng lượng có thể khai thác cũng như những tính thất thường của nó

Trên vùng lãnh hải của nước ta, hầu như chưa có trạm quan trắc khí tượng nào đặt trực tiếp trên bề mặt biển như ở nhiều nước Có 4 trạm phao đo các yếu tố khí tượng hải văn do Na Uy tài trợ, đặt tại một số khu vực biển gần bờ thuộc các tỉnh Trung Bộ nhưng chỉ hoạt động được một ít ngày thì bị mất, hầu như chưa có số liệu thu thập được Thay vào đó, chúng ta có các trạm khí tượng hải văn đặt trên các đảo nằm rải rác trên vùng biển dọc bờ từ Bắc vào Nam, đã hoạt động liên tục trong nhiều thập kỷ gần đây

Do nguồn số liệu đo đạc về gió trên mặt biển chưa có và do hạn chế về nguồn kinh phí cũng như thời gian nghiên cứu có hạn nên trong Luận văn này, nguồn số liệu về gió dùng để tính toán năng lượng gió được thu thập từ 45 trạm khí tượng bao gồm 36 trạm duyên hải và 9 trạm hải đảo, thời gian quan trắc là trong 10 năm (1995 - 2004) Các trạm này tiêu biểu cho vùng duyên hải và các đảo gần bờ thuộc lãnh thổ Việt Nam, trải dài từ Bắc xuống Nam Nguồn số liệu này chủ yếu được thu thập từ các Báo cáo nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước, cấp Bộ đã được phê duyệt và nghiệm thu [3, 10] Các trạm khí tượng dùng để khai thác số liệu về tốc độ gió tầng thấp (10m) sử dụng trong Luận văn này được nêu ở Bảng 8 sau đây:

Bảng 8: Danh sách các trạm khí tượng vùng duyên hải và hải đảo dùng để khai

thác số liệu về tốc độ gió tầng thấp [3, 10]

(độ)

Kinh độ Đông (độ)

Độ cao (m)

Số obs

TT Tên trạm Tỉnh Vĩ độ Bắc

(độ)

Kinh độ Đông (độ)

Độ cao (m)

Số obs

là rất quan trọng, điều này sẽ loại trừ được các sai số thô, sai số hệ thống, loại trừ tính bất đồng nhất trong các chuỗi số liệu và tuyển chọn các chuỗi số liệu cần thiết, hợp lý và đủ cho mục đích tính toán năng lượng gió

Việc phát hiện và loại bỏ các số liệu xấu được tiến hành trên dãy số liệu trung bình năm và trung bình từng tháng của cả thời gian quan sát ở mỗi trạm Số liệu khả nghi là các giá trị lạ chưa từng xảy ra hoặc rất hiếm gặp trong cả thời gian quan sát Ngoài ra, còn tồn tại một vấn đề cần quan tâm là sự có mặt của tần suất cao các cấp độ gió yếu và đặc biệt là lặng gió Thời gian lặng gió có thể được xem như thời gian có tốc độ gió ở dưới 1 ngưỡng VT nào đó (thường VT < 2m/s) phụ thuộc vào kỹ năng quan trắc của quan trắc viên và đặc tính làm việc của máy đo gió Khi đó, trong kết quả ghi chép lại ở thời gian lặng gió thì tốc độ gió có giá trị V = 0m/s Do vậy, giá trị trung bình theo tháng, năm của tốc độ gió thực (số liệu ghi chép theo thực tế đo được của máy) nhỏ hơn nhiều so với giá trị trung bình theo tháng, năm của tốc độ gió đã tách lặng (sau khi đã loại bỏ các giá trị V = 0m/s ra khỏi chuỗi số liệu để tính toán), điều này thể hiện rõ trong Bảng 9 dưới đây

Trong Luận văn này chỉ sử dụng giá trị trung bình của tốc độ gió đã tách lặng

ở các trạm khí tượng vùng duyên hải và hải đảo trong thời gian có gió mùa mùa hạ (từ tháng 5 đến tháng 9), trong thời gian có gió mùa mùa đông (từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau), và cả năm để tính toán mật độ năng lượng gió nhằm đánh giá tiềm năng năng lượng gió

Bảng 9: Tốc độ gió thực và tốc độ gió tách lặng trung bình theo mùa, năm tại các trạm khí tượng vùng duyên hải và hải đảo, độ cao 10m [3, 10]

Mùa

hạ

Mùa đông Năm

Mùa

hạ

Mùa đông Năm