CHUONG III
SỰ PHAT TRIEN CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH ƯU VIỆT, TÍNH KHẢ THỊ CỦA PHONG ĐIỆN
Sự phát triển công nghệ của các thiết bị
Phong điện
Các máy phát điện lợi dụng sức gió (dưới đây gọi tắt là trạm Phong điện) đã được sử dụng nhiều ở các nước châu Âu, Mỹ và các nước công nghiệp phát triển khác Tại Đức, Phong điện phát triển rất mạnh, sản lượng đã vượt xa sản lượng thủy điện và trở thành nguồn năng lượng đáng kể trên cường quốc công nghiệp này Nước Đức đang dẫn đầu thế giới về công nghệ Phong điện
Trang 2TS Trần Văn Bình - TS Nguyễn Thế Việt CÔNG SUẤT PHONG ĐEỀN TỪ 9995 TÚI 2002 CHH BĐän và Châm Âm JETER Năm
Đồ thị 2.1 Biểu đồ tăng trưởng công suất Phong điện ở
CHLB Đức và châu Âu từ năm 1995 tới 2002 Nguồn: Hiệp hội Năng lượng tái tạo CHLB Đức - BEE
Tới nay hầu hết các trạm Phong điện được lắp đặt vẫn là các trạm trục ngang, gồm một máy phát điện có trục quay nằm ngang, với rotor (phần quay) ở giữa, liên hệ với một Turbin 3 cánh Máy phát điện được đặt trên một tháp cao hình côn Trạm phát điện kiểu này mang dáng dấp những cối xay gió ở châu Âu từ những thế kỷ trước, nhưng rất thanh nhã và hiện đại
Các trạm Phong điện trục đứng gồm một máy phát điện có trục quay thẳng đứng, rotor nằm ngoài được nối với các cánh đón gió đặt thẳng đứng Trạm Phong điện trục đứng có thể sẵn sàng hoạt động với mọi hướng gió, có cấu tạo đơn giản, các bộ phận đều có kích thước không quá lớn nên vận chuyển, lắp ráp dễ dàng, độ bền cao, bảo dưỡng đơn giản Loại này mới xuất hiện từ vài năm gần đây nhưng đã được nhiều nơi sử dụng
Trang 3PHONG BIEN
Hiện có các loại máy phát Phong điện với công suất rất khác nhau, từ 1 KW tới vài MW Các trạm Phong điện có thể hoạt động độc lập hoặc cũng có thể nối với mạng điện quốc gia Các trạm độc lập cần có một bộ nạp, bộ ắc-quy và bộ đổi điện Khi dùng không hết, điện được tích trữ vào ắc-quy Khi không có gió sẽ sử dụng điện phát ra từ ắc-quy Các trạm nối với mạng điện quốc gia thì không cản bộ nạp và ắc-quy
Các trạm Phong điện thường có thể phát điện khi tốc độ gió từ 3 m/s (gần 11 km/h), và tự ngừng phát điện khi tốc độ gió vuot qua 25 m/s (90 km/h) Tốc độ gió hiệu quả từ 10 m/s tới 17 m/s, tùy theo từng thiết bị Phong điện 3 š Công Bat} “ ề
Đồ thị 3.2 Biêu đồ so sánh công suất Phong điện
các nước trên thể giới, tính đến nằm 2005
Trang 4TS Trần Văn Bình - TS Nguyễn Thế Việt
Trạm Phong điện trục ngang Nguồn: wetter.com
Trang 5PHONG ĐIỆN đường kính sải cánh (m) 1862 1964 1986 1008 090 1992 1994 1996 4938 2000 2002 2004
Kích thước, công suất các máy Phong điện đã được sản xuất hàng loạt Nguồn: Robert Gash, Jochen Twele - NXB Teubner CHLB Đức
van 1980 1990 Từ 1
(oe WPS ae a8
Trang 6TS Tran Van Binh - TS Nguyén Thé viet Hình trên cho thấy sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị Phong điện được sản xuất hàng loạt, xét về đường kính quỹ đạo đầu cánh Turbin và công suất Năm 1983 đường kính quỹ đạo tiêu biểu là D = 15m và công suất máy phát là P = 55 kW, năm 2005 đường kính D = 90m và P = 2.500 kW đã trở thành tiêu biểu Loại máy 5 MW với đường kính 125 m cũng đã được đưa vào sử dụng thử Kỹ thuật đã hoàn thiện tới mức cao, việc phát triển một loại thiết bị mới chỉ cần một thời gian ngắn
Tháng 10 năm 2010, công ty Enercon - CHLB Đức đưa ra thị trường loại quạt điện gió với công suất cao nhất hiên nay là 7,5 MH / đường kính quạt là 127m, chiều cao từ nền đến tâm trục là 135m
Năm 2003 ở tiểu bang Schleswig-Holstein (cực bắc nước CHLB Đức) khoảng 20% điện năng được sử dụng do các trạm Phong điện cung cấp Cũng trong năm đó tỷ lệ Phong điện nâng lên tới 25% tổng số điện năng được sử dụng ở Đan Mạch
Năm 2004 sản lượng Phong điện chiếm tới 4,1% tổng sản lượng điện ở CHLB Đức, lần đầu tiên vượt tỷ trọng sản lượng thủy điện (3,6%) và trở thành phần lớn nhất trong các dạng năng lượng tái tạo ở nước này Trong năm 2004 có khoảng 55.000 người Đức làm việc trong lĩnh vực Phong điện Trong khi các ngành công nghiệp khác sa thải công nhân, ở đây lại tạo thêm nhiều việc làm
Trang 7PHONG DIEN
hòa mạng 1981), Đức (luật hòa mạng 1991) và Tây Ban Nha (luật hòa mạng 1993) Phong điện đã đáp ứng một phần đáng kể nhu cầu điện năng trong nước, và chiếm 80% công suất Phong điện của toàn châu Âu Một ngành mới xuất hiện, phát triển và nắm vai trò chủ đạo về công nghệ năng lượng tái tạo toàn thế
giới Đồ thị 1.1 cho thấy châu Âu trong những năm tới vẫn là thị
trường Phong điện lớn trên thể giới
Ở những nước nhiều gió như Anh và Pháp, công suất Phong điện còn rất thấp, vì chưa có sự thay đổi về chính sách năng lượng nhằm khuyến khích việc sử dụng năng lượng tái tạo
Bảng so sánh dưới đây thể hiện những vấn đề nhiều tranh
cãi về thiết bị Phong điện trong 20 năm qua: Turbín 3 cánh: Tốc độ vòng quay cô định Độ nghiêng cánh cố định Máy phát điện dị bộ Có hộp số Cánh bằng sợi thủy tinh và : Sợi carbon Điều chỉnh bang dong ca thay luc Hòa mạng trực tiếp Turbin 2 cánh: Tốc độ vòng quay thay đổi theo tộc độ qió Độ nghiêng cánh thay đổi Máy phát điện đồng bộ Liên trục, không dùng hộp số Cánh bằng kim loại hoặc gd Điều chinh bằng động cơ điện
Hòa mạng qua hộ đổi tần
ÁC - DC - AC
Trang 8
FS Trdn Van Bình - T5 Nguyễn Thể Việt Tới đầu thập kỷ 90 thế kỷ trước, các thiết bị kiểu Đan Mạch với
máy phát dị bộ nối mạng trực tiếp mới ngự trị trên thị trường Máy phát điện dị bộ giữ tốc độ vòng cố định, vì nó luôn đi với tần số 50 Hz Loại thiết bị này đơn giản và bền chắc, vi nó không cần thay đổi góc nghiêng cánh Turbin Cánh lái trên giữ cho
Turbin không quay quá nhanh khi cần ngắt mạch đột ngột
Giữa thập kỷ 90, các máy công suất hàng megawatt đòi hỏi thiết bị có tốc độ vòng thay đổi và điểu chỉnh được độ nghiêng
cánh Các máy phát đồng bộ liền trục (không hộp số) được sử dụng Tần số biến đổi được qua bộ đổi tần AC-DC-AC trở thành
tần số 50 Hz và đưa vào mạng Ngay sau đó (1996), máy phát dị bộ với kỹ thuật đổi tần được áp dụng Vì không có hộp số, kích thước máy phát được thu nhỏ lại
Cánh lái ở đầu cánh Điều chỉnh đầu cánh tạo phanh khí động
Thiết bị Phong điện Đan Mạch với máy phát dị bộ, tốc độ vòng cố định và hòa trực tiếp vào lưới điện
Nguén: Robert Gash, Jochen Twele- NXB Teubner CHLB Đức
Trang 9PHONG ĐIỆN
Cánh xoay Tốc độ vòng không cổ định Nối vào mạng với bộ đổi tần tạo phanh khi động Cảnh xoay được quanh trục cánh
Thiết bị có tốc độ vòng thay đổi, điều chỉnh góc nghiêng cánh
với máy phát đồng bộ và bộ đổi tần AC-DC-AC đưa về 50 Hz Nguồn: Robert Gash, Jochen Twele - NXB Teubner CHLB Đức
Cuối năm 2010 công ty chế tạo Trục điện từ gió Avantis CHLB Đức và một số công ty khác trên thế giới đưa ra sản phẩm Trục Phong điện không dùng hệ thống hộp số (gearless), thay vào đó là hệ thống Nam châm vĩnh cửu (Permanent Magnet) Quy trình này hiện nay là thế hệ mới nhất trong kỹ nghệ chế tạo Trục Phong điện
Lợi điểm của sáng tạo này giản dị hóa quy trình hoạt động, không dùng hộp số, không dùng hệ thống phanh hãm Trụ quạt điện từ gió giảm bớt được hai hệ thống cơ bản thường gây sự cố trong quá trình hoạt động Việc lắp ráp, bảo trì bớt được những công đọan phức tạp, ngoài ra giá thành giảm nhiều hơn so với những hệ thống thuộc thế hệ cũ và lợi điểm lớn hơn nữa là hiệu suất điện tăng cao hơn trước
Trang 10TS Trần Văn Bình - T5 Nguyễn Thế Việt Sự Phát Triển công Nghệ Turbin
Công nghệ Turbin dùng hộp số
Vào những năm 1980 công nghệ Turbin quạt điện gió, được gọi là “Khái Niệm Đan Mạch”, đó là hệ thống Turbin điều khiển cánh quạt cố định - stalled control, hệ thống phát điện Generator hoạt động với một tốc độ nhất định, số vòng quay từ cánh quạt khoảng 13 - 16 vòng một phút được truyền qua hộp số và bộ phận nối để Generator hoạt động với vận tốc quay gấp 10 lần và thông thường là 1600 hay 1800 vòng một phút
Trang 11PHONG BIEN
Công Nghệ Turbin thế hệ cũ
Nguồn: Quỳnh Nguyễn - Avantis - Engergy
"Một báo cáo gần đây cho biết việc cần làm mới lại các hộp số là cần thiết của tất cả 30 tua-bin trong một trang trại ở ngoài biển - chỉ sau chưa đầy hai năm hoạt động Trong trường hợp khác nhiều tuabin đã được làm mới lại hai đến ba lần chỉ sau 5 năm hoạt động Chi phí mỗi lần để thay hộp số ít nhất từ 300 ngàn USD “
Nguồn: North American Windpower - 2006
"Hơn 80% của những lời cảnh báo về lợi nhuận trong ngành công nghiệp sản xuất tuabin gió đã đi từ những vấn đề hộp số, chủ yếu là trục trặc vòng bi, cũng như các vấn đề về thiết kế hộp số khác nhau không lường trước được ”
Nguén: Merrill Lynch Wind Industry Overview - 2007
Trang 12T5 Trần Văn Bình TS Nguyễn Thẻ Viêi "Chính vì hộp số là một trong những thành phần đắt nhất của hệ thống tua bin gió, tỷ lệ xây ra sự cố cao đã làm tăng chỉ phí cho ngành năng lượng gió Thêm vào đó vì không biết rõ về tuổi thọ hộp số đã góp phần tang gia tua bin gid Cac nha SX Turbine đã đưa thêm chí phí dự phòng lớn vào giá bán để bù đắp rủi ro trong thời gian bảo hành do khả năng xảy ra sự cố của hộp số Ngoài ra, chủ đầu tư và nhà vận hành trại gió cũng đưa thêm quỹ dự phòng vào vấn để tài chính và lợi nhuận của dự án để đối phó với vấn đề hộp số cỏ thể xảy ra sau khi bảo hành hết hạn ”
Nguồn: NREL National Renewable Energy Laboratory - 2007 "SƯ cô xảy ra từ hệ thống hộp số làm thời gian hoạt động của những Turbin quạt điện gió bị thất thoát, thời gian bảo trì lâu, chu kỳ ngắn, Turbin không hoạt động được là những yêu tố không kinh tế, tỷ lệ này theo thống kê đã chiếm từ 15 đến 20
phần trăm tiền đâu tư ”
Nguồn: Renewable Energy World - Thang 9 năm 2008
Những yếu điểm cơ bản của Turbin quạt điện gió
dùng hộp số:
e Tốc độ gió luôn thay đổi ảnh hưởng trực tiếp đến từng chỉ tiết thiết kế
e Kích hoạt với tốc độ gió cao
Trang 13PHONG DIEN e Khi một chỉ tiết thiết kế nhỏ có sự cố, Turbin phải ngưng hoạt động e Bộ phận các vòng bí - bearings là yếu điểm chính gây ra sự cổ
e Việc bảo trì hệ thống thủy lực làm nguội, bộ phận giữ trục, bộ phận nổi trục, bộ phận bơm phải tiến hành thường xuyên
e Độ ồn của hộp số cao ảnh hưởng đến môi trường e Khi nhiệt độ tăng cao, Turbin phải ngưng hoạt động e Hiệu số công suất thấp
e Kỹ thuật lỗi thời
e Công nghệ lắp đặt trên đất liền không thích hợp khi lắp đặt ngoài biển
e Sau 5 dén 7 năm hoạt động, hộp số thường bị hư hại và phần lớn phải thay hộp số mới
Công nghệ Turbin không dùng hộp số
Những nhà sản xuất hàng đầu công nghệ Turbìn thế hệ mới
không dùng hộp số hiện nay trên thế giới là Avantis - CHLB Đức, Siemens - CHLB Đức và Enercon - CHLB Đức - Một số những nhà sản xuất Turbin quạt điện gió khác như GE- My đã mua công
nghệ này của ScanWind (Na-Uy) để tồn tại và phát triển
Công ty Enercon - CHLB Đức thiết kế và đã đưa vào thị trường Turbin không hộp số theo nguyên tắc Double Feed Induction
Trang 14TS Trần \ăn Bình - TS Nguyễn Thế Việt Generator (DFIG) Hién nay Enercon da bat đầu ứng dụng công nghệ Nam châm vĩnh cửu cho những Turbin có công suất cao hơn 4MW
Công ty Siemens - CHLB Đức thiết kế và đưa vào thị trường Turbin không hộp số và dự tính lắp đặt ngoài biển bắt đầu từ
năm 2012
Công ty Avantis - CHLB Đức thiết kế Turbin quạt điện gió thế hệ mới với nguyên tắc điều khiển trực tiếp - Direct Drive và tự kích hoạt khi vận tốc gió vừa đạt cấp gió 2 ở tốc độ 3 mét trên giây mà không cần một nguồn điện ngoài như phần lớn những Turbin gió của thế hệ cũ (Exitation) Hiện nay những nghiên cứu mới đang thử nghiệm nguyên tắc tự kích hoạt khi vận tốc gió đạt tốc độ 1 mét trên giây, như thế khi lá cây chỉ reo nhẹ hoặc khi mặt biển bắt đầu có những gợn sóng thì Turbin quạt điện gió có thể hoạt động cung cấp được điện đến người tiêu dùng
Trang 15PHONG ĐIỆN
Nam châm vĩnh cửu - Perrnanent Magnet của Turbin quạt điện giỏ Nguồn: Quỳnh Nguyễn - Avantis - Energy
Ngoài ra hệ thống nội vi phần tĩnh lõi (Xtato) của Generator được làm nguội bằng nước và sẽ chỉ bắt đầu hoạt động khi công suất đạt trên 1 MW Điểm đặc biệt là khi công suất Turbín tăng cao, nhiệt độ của nam châm vĩnh cửu và phần lõi vẫn ổn định và chỉ cao hơn nhiệ bên ngoài khoảng 22°C Song song đó việc làm nguội từ không khí vẫn được ứng dụng cho những hệ thống khác trong nội vi thùng - nacelle
Cánh quạt được điều chỉnh tự động tự xoay quanh - pitch control - đón hướng gió để đạt được công suất tối ưu nhất hoặc khi tốc độ gió quá cao sẽ có khả năng xoay để giảm mặt đón gió, tăng thời gian hoạt động từ cấp gió thoảng nhẹ, bắt đầu từ vận tốc gió 3 mét trên giây đến trên 24,5 mét trên giây Ngoài ra tốc độ cánh quạt hoạt động với nhiều vòng quay khác nhau
Trang 16
TS Trần Văn Binh - TS Nguyén Thể Việt
Nguyên tắc Turbin quạt điện gió điều khiển trực tiếp - Direct Drive,
tự kích hoạt và Nam châm vĩnh cửu - Permanent Magnet
Nguồn: Quỳnh Nguyễn ~ Avantis - Energy
Cầu hình Turbin quạt điện gió điếu khiển trực tiếp - Direct Drive,
tự kích hoạt và Nam châm vĩnh cửu - Permanent Magnet
Nguồn: Quỳnh Nguyễn - Avantis - Energy
Trang 17PHONG ĐIỆN
Cấu hinh Turbin quạt điện gió với Nam chằm vĩnh cửu Nguồn: ScandWind - Nguy (GE)
Trang 18TS Trần Van Binh - TS Nguyén Thé vier
Ưu điểm của Turbin quạt điện gió thế hệ mới không dùng hộp số:
Thời gian bảo trì ngắn, chu kỳ bảo trì lâu Số vòng quay thấp, hạn chế được nhiều sự cố
Hệ thống cung cấp ổn định hiệu suất và tần số vào mạng ludi dién - Insulated Gate Bipolar Transistor — ({GBT) Áp dung phương thức tự động chỉnh hiệu thế khi mạng lưới điện xuống thấp - Low Voltage Ride Through {LVRT)
Bộ phận làm nguội bằng nước kết hợp gió giữ thời gian hoạt động cao
Độ ồn giảm, khoảng chừng 40-45 decibels dưới chân để Kíchhoạtvớitốc độ gió thấp -LowWindSpeedTechnology (LWST)
Khi tốc độ gió thay đổi, cánh quạt tự động xoay quanh đón hướng gió đề đạt được công suất tối ưu
Khi tốc độ gió quá cao, cánh quạt tự động xoay quanh để giảm mặt đón gió, tăng thời gian hoạt động
Tốc độ cánh quạt thay đổi theo vận tốc gió và tự động dừng lại khi gió phát triển thành bao
Hệ thống có thể lắp đặt trên đất liền hoặc ngồi biển Cơng suất cao
Độ bền cao
Trang 19PHONG ĐIỆN
Tính ưu việt của Phong điện
Sự tăng trưởng dân số và điện năng thế kỷ vừa qua, sau hơn nhiều năm tìm kiếm, vẫn chưa nơi nào trên thế giới tìm ra giải pháp nào tốt đẹp cho việc xử lý rác thải nguyên tử Các sự cố nhà
máy điện nguyên tử ở Harrisburg (Hoa Kỳ, năm 1979), sự cố tại lò
phản ứng PWR của nhà máy điện hạt nhân Mihama (Nhật Bản, nam 2004), Chernobyl (Ukraine, năm 1986) hoặc tai nạn tại nhà máy tái chế Sellafield (Anh, năm 2005), nơi có 200 kg Plutonium biến mất, cho thay “what can happen, will happen"(tạm dịch: chuyện gì đến sẽ đến) trong ngành điện nguyên tử
Trong bối cảnh đó, Phong điện là một giải pháp thay thé co
tính ưu việt Ưu điểm dé thấy nhất của Phong điện là không
tiêu tốn nhiên liệu, không gây ô nhiễm môi trường như các nhà
máy nhiệt điện
Việc lắp đặt các trạm Phong điện còn có ưu điềm là dễ chọn địa điểm và tiết kiệm đất xây dựng, khác hẳn với các nhà máy
thủy điện chỉ có thể xây dựng gần dòng nước mạnh với những điều kiện đặc biệt và cần diện tích rất lớn cho hổ chứa nước Ưu điểm này còn thể hiện ở việc tránh được chỉ phí cho việc xây
dựng đường dây tải điện do các trạm Phong điện có thể đặt gần nơi tiêu thụ điện
Trước đây, khi công nghệ Phong điện còn ít được ứng dụng, việc xây dựng một trạm Phong điện rất tốn kém, chi phi cho thiết bị và xây lắp đều rất đắt nên chỉ được áp dụng trong một
số trường hợp thật cần thiết Ngày nay Phong điện đã trở nên rất phổ biến, thiết bị được sản xuất hàng loạt, công nghệ lắp
Trang 20TS Trần Van Binh - TS Nguyễn Thế Việt ráp đã hoàn thiện, chỉ phí cho việc hoàn thành một trạm Phong
điện hiện nay chỉ bằng 25% - 30% chỉ phí so với năm 1986 Phong điện đã trở thành một trong những giải pháp năng
lượng quan trọng ở nhiều nước, và cũng rất phù hợp với điều kiện Việt nam
Các trạm Phong điện có thể đặt ở đâu?
Trạm Phong điện có thể đặt ở những địa điểm và vị trí khác
nhau, với những giải pháp rất linh hoạt và phong phú:
Một vùng Phong điện trên biển
Nguén: wind-energie.de - CHLB Đức
Trang 21PHONG BIEN
Cánh đồng điện gió trên núi Trandeiras-B6 Đào Nha - Công suất 18,2 MW
Nguồn: Tranderias - Bồ Đào Nha
Trang 22TS Trần Văn Bình - TS Nguyễn Thế Việt
Trạm Phong điện trên mái nhà cao tắng Nguốn: Robert Gash, Jochen Twele - NXB Teubner CHLB Đức
Trang 23PHONG BIEN
Cac tram Phong dién dat 6 ven bién (offshore wind park) cho sản lượng cao hơn các trạm nội địa vì bờ biển thường có gió mạnh Giải pháp này tiết kiệm đất xây dựng, đồng thời việc vận chuyển các cấu kiện lớn trên biển cũng thuận lợi hơn trên bộ Dải bờ biển Việt Nam hơn 3.000 km có thể tạo ra công suất hàng tỷ kW Phong điện
Những mỏm núi, những đổi hoang không sử dụng được cho
công nghiệp, nông nghiệp cũng có thể đặt được trạm Phong
điện Trường hợp này không cần làm trụ đỡ cao, tiết kiệm đáng
kể chi phí xây dựng
Trên mái nhà cao tầng cũng có thể đặt trạm Phong điện, cung
cấp điện cho các nhu cầu trong nhà và thậm chí cho thành phố Trạm điện này càng có ý nghĩa thiết thực khi thành phố bất ngờ
bị mất điện
Ngay tại các khu chế xuất cũng có thể đặt các trạm Phong điện Nếu tận dụng không gian phía trên các nhà xưởng để đặt các trạm Phong điện thi sẽ giảm tới mức thấp nhất diện tích đất xây dựng và chỉ phí làm đường dây điện
Điện khí hóa ngành đường sắt là xu hướng tất yếu của các nước công nghiệp Một ý tưởng ban đầu, chỉ cản đặt với khoảng
cách 10 km một trạm 4.800 kW dọc các tuyến đường sắt là đã có đủ điện năng cho tất cả các đoàn tàu ở Việt Nam hiện nay Các vùng Phong điện lớn đặt gần tuyến đường sắt cũng rất thuận
tiện trong việc vận chuyển và dựng lắp Các đầu máy diesel và
than đá tiêu thụ lượng nhiên liệu rất lớn và gây ô nhiễm môi
trường sẽ được thay thế bằng đầu máy điện do các nhà máy
Phong điện cung cấp trong tương lai
Trang 24TS Trần văn Bình TS Nguyễn Thé vet
Đặt một trạm Phong điện bên cạnh các trạm bơm thủy lợi ở xa lưới điện quốc gia sẽ tránh được việc xây dựng đường dây tải điện với chỉ phí lớn gấp nhiều lần chi phi xây dựng một trạm Phong điện Việc bảo quản một trạm Phong điện cũng đơn giản
hơn việc bảo vệ đường dây tải điện rất nhiều
Nhà máy nước đặt cạnh những trạm Phong điện là mô hình tối ưu để giải quyết việc cung cấp nước ngọt cho vùng đồng
bằng sông Cửu Long, tiết kiệm nhiên liệu và đường dây điện
Một trạm Phong điện 4 kW có thể đủ điện cho một trạm kiểm
lâm trong rừng sâu hoặc một ngọn hải đăng xa đất liền Một
trạm 10 kW đủ cho một đồn biên phòng trên núi cao, hoặc một
đơn vị hải quân nơi đảo xa Một trạm 40 kW có thể đủ cho một
xã vùng cao, một đoàn thăm dò địa chất hay một khách san du
lịch biệt lập, nơi đường dây chưa thể vươn tới được Một nông
trường cà phê hay cao su trên cao nguyên có thể xây dựng trạm Phong điện hàng trăm hoặc hàng ngàn kW, vừa phục vụ đời sống công nhân, vừa cung cấp nước tưới và dùng cho xưởng chế biến sản phẩm
Không phải nơi nào đặt trạm Phong điện cũng có hiệu quả như nhau Để có sản lượng điện cao cần tìm đến những nơi có
nhiều gió Các vùng đất nhô ra biển và các thung lũng sông
thường là những nơi có lượng gió lớn Một vách núi cao có thể là vật cản gió nhưng cũng có thể lại tạo ra một nguồn gió mạnh thường xuyên, rất có lợi cho việc khai thác Phong điện
Khi chọn địa điểm đặt trạm có thể dựa vào các số liệu thống kê của cơ quan khí tượng hoặc kinh nghiệm của nhân đân đởia
Trang 25PHONG DIEN
đổi theo từng địa hình cụ thể và từng thời gian Tại nơi dự định dựng trạm Phong điện cần đặt các thiết bị đo gió và ghi lại tổng lượng gió hàng năm, từ đó tính ra sản lượng điện có thể khai thác, tương ứng với từng thiết bị Phong điện Việc này càng quan trọng hơn khi xây dựng các trạm công suất lớn hoặc các vùng Phong điện tập trung
Gió là dạng năng lượng vỏ hình và mang tính ngẫu nhiên rất cao nên khi đầu tư vào lĩnh vực này cần có các số liệu thống kê đủ tin cậy Rào cản chủ yếu đối với việc phát triển Phong điện ở Việt Nam chính là sự thiểu thông tin về năng lượng gid
Cách nay vài năm đã có một số cơng ty nước ngồi đến Việt Nam tìm cách khai thác Phong điện, nhưng vì chưa đủ những số liệu cần thiết nên cũng chưa có sự đầu tư nào đáng kể vào thị trường này Một hãng Đức đã xây dựng tại Ấn Độ hàng ngàn trạm Phong điện, có cơ sở thường trực giám sát hoạt động các trạm qua hệ thống vệ tỉnh viễn thông, xử lý kỹ thuật ngay khi cần thiết, và hoàn toàn hài lòng về kết quả đã thu được ở Ấn Độ Hãng này đã đến Việt Nam tìm thị trường nhưng chưa quyết định đầu tư, vì giá thu mua của ngành điện quá thấp, khỏ có khả năng thu hồi vốn
Một công ty khác chuẩn bị xây dựng 12 trạm Phong điện với công suất 3 MW trên huyện đảo Lý Sơn đã khẳng định công nghệ Phong điện rất phù hợp với Việt Nam khi họ tự quyết định được giá điện bán ral
Trang 26TS Tran Van Binh - 1S Nguyễn Thế Việt
Tinh kinh té cua Phong dién
Chi phi dé xây dựng một trạm Phong điện gồm:
e Chi phí cho máy phát điện và các cánh đón gió chiếm
phần chủ yếu Có nhiều hãng sản xuất các thiết bị này, nhưng với giá bán và chất lượng kỹ thuật rất khác nhau e Chi phí cho bộ ổn áp và hòa mạng, tự động đưa dòng
điện về điện áp và tấn số phù hợp với mạng điện quốc
gia
e Chi phí cho ắc-quy, bộ nạp và thiết bị đối điện từ ắc-quy
trở lại điện xoay chiều Các bộ phận này chỉ cần cho các trạm hoạt động độc lập
e Chỉ phí cho phần tháp hoặc trụ đỡ tùy thuộc chiều cao trụ, trọng lượng thiết bị và các điều kiện địa chất công trình Phần tháp có thể sản xuất tại Việt Nam để giảm chì phí Với các trạm Phong điện đặt trên nóc nhà cao
thì chì phí này hầu như không đáng kể
e Chì phí cho việc vận chuyển tới nơi xây dựng và công việc lắp đặt trạm Chí phí này ở Việt Nam rẻ hơn rất nhiều so với các nước khác, đặc biệt nếu xảy dựng ở vùng ven biển, ven sông hoặc dọc theo các tuyển đường sắt Máy Phong điện của các nhà sản xuất khác nhau có thể cùng công suất danh định như nhau nhưng sản lượng điện rất khác
Trang 27PHONG ĐIỆN
Kinh phí, nhân lực và thời gian cho việc xây dựng Phong điện:
Nhiệt điện và thủy điện thường được phát đi từ những nhà máy có công suất lớn, cần cỏ sự đầu tư, xây dựng và quản lý của ngành điện lực Nhà nước
Các trạm Phong điện có vốn đầu tư nhỏ hơn nhiều, dù xây dựng đơn chiếc hay hàng loạt Một địa phương, một nhà đầu tư, một doanh nghiệp hoặc cá nhãn cũng có thể sở hữu được một hoặc một số trạm Phong điện, tùy theo nhu cầu và khả năng tài chính của mình Có thể phát động một phong trào toàn dân làm Phong điện Khi đó chủ trương điện lực đi trước một bước sẽ trở thành hiện thực
Có thể vận động phong trào trong dân chúng làm Phong điện theo những cách như sau:
1) Chính phủ cho phép các địa phương, các ngành, các nhà đầu tư, các doanh nghiệp hoặc cá nhân được quyền xây dựng và sở hữu một số trạm Phong điện, tùy theo nhu cầu và khả năng tài chính của mình Chủ sở hữu được quyền sử dụng sản lượng điện sản xuất ra hoặc bán cho ngành điện lực qua lưới điện quốc gia Hiện đang còn một khoảng cách lớn giữa cung và cầu về điện năng ở nước ta Khu vực điện lực do tự nhân sở hữu chỉ góp phần rút ngắn khoảng cách này, nhưng không thể trở thành nhân tô cạnh tranh với ngành điện Nhà nước Hơn nữa thông qua việc thu mua điện của các trạm Phong điện tư nhân và phân phối lại qua mạng điện quốc gia, ngành điện Nhà nước còn thu được một khoản kinh phí đáng kể
Trang 28TS Trần Văn Bình - TS Nguyễn Thể Việt
2) Ngành điện vận động các nhà đầu tư, các doanh nghiệp
hoặc cá nhân đóng trước từ 1 tới 8 năm tiền điện, và cam
kết sau này người đóng tiền trước sẽ được giảm giá điện
theo một tỷ lệ đáng kể, trong một thời gian tùy theo số
tiền đóng trước Đây là một cách huy động vốn để xây
dựng Phong điện Chỉ cần số tiền điện 8 năm đã huy động được, có thể đủ kinh phí để xây dựng sô trạm Phong điện
có sản lượng tương ứng với nhu cầu của người ứng tiền Việc cam kết giảm giá điện sẽ làm cho các doanh nghiệp yên tâm khi ứng tiền trước, trong tình hình giá dầu khí và các loại nhiên liệu tăng liên tục từ nhiều năm nay Sau khi xây dựng xong, ngành điện có thể bán trạm Phong điện để có vốn làm các trạm khác
3) Việc xây dưng các trung tâm Phong điện lớn với hình thức công ty cö phần, bán cổ phiếu chứng khoán chắc chắn sẽ được hưởng ứng mạnh mẽ khi mọi người thấy được hiệu quả rất cao của việc đầu tư vào Phong điện
Một đội xây lắp từ 30 người có thể lắp đặt được một trạm
Phong điện trục ngang, từ 5 người có thể hoàn thành một trạm
Trang 29PHONG ĐIỆN
Toàn bộ việc lắp dựng một trạm Phong điện trục đứng 40 kW có thể hoàn thành trong 3 ngày, kế từ khi làm móng, dựng cột, lắp máy tới khi nghiệm thu và đưa vào hoạt động Việc thi công các trạm Phong điện trục ngang cần từ 15 tới 45 ngày, tùy theo loại trạm Phong điện, chiều cao tháp và các điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn nơi xây dựng Không nhà máy điện nào có thể xây dựng nhanh như Phong điện
Để xây dựng một nhà máy thủy điện cần có sự chuẩn bị rất lâu từ trước Riêng các việc điều tra, quy hoạch, chọn phương án có thể kéo dài hàng chục năm Đối với Phong điện cũng cần thực hiện những bước này, nhưng nhanh hơn Sau một thời gian sử dụng, nếu cần có thể dời trạm tới nơi khác Nếu là trạm Phong điện công suất nhỏ thì việc di chuyển thường không mấy khó khăn
Sau khi gia nhập Thị trường thương mại Thế giới WTO, nền kinh tế Việt Nam đứng trước những thử thách lớn Để vượt qua được những thử thách đó cần có một nền công nghiệp điện năng phát triển Xây dung Phong điện là một giải pháp hiện thực, có hiệu quả cao, có thể nhanh chóng đáp ứng nhu cầu điện năng của cả nước
Phong điện còn có thể phát huy tác dụng to lớn trong sự nghiệp tăng cường an nình quốc phòng, nâng cao đời sống vật chất và tỉnh thần cho đồng bào các vùng sâu, vùng xa, công cuộc xóa đói giảm nghèo, và tạo thêm việc làm cho hàng triệu người lao động ở mọi nơi, trong mọi lĩnh vực hoạt động của đất nước
Phong điện thực sự là môt kho báu vô tận ngay trước mắt Kho báu đang chờ người mởi
Trang 30TS Trân Văn Bình - Tš Nguvễn Thế Việt
Bảng câu hỏi trước khi lên kế hoạch xây dựng
công trình: Về địa lý:
1 Đâu là nơi sẽ xây dung Turbin gió, vị trí đặt ở đâu? nên mô tả chỉ tiết về địa điểm
2 Bản đồ chỉ tiết sẵn có:
(a) Các để xuất lay-out của địa điểm Turbin gió, tỉ lệ
1:3.000
(b) Tao vé bản đồ khu vực xung quanh của khoảng cách 04 dặm của địa điểm dự kiến, rỉ lệ 1: 25.000
(c)_ Bản đồ khu vực xung quanh là 25 dặm
3 Bản đồ chỉ tiết có sẵn với độ cao, thông tin quan trọng là sự hiện diện của kênh mương, đê, đồi, cầu, các tòa nhà hoặc các chướng ngại vật cao khác, khoảng cách của chướng ngại vật cao này để Turbin và khoảng cách của các địa điểm xây dựng từ hồ hoặc biển?
4 Những loại chướng ngại vật cao tự nhiên, trong một bán kính của 4 dặm; ví dụ: chiều cao của cây và vị trí của cây đối với các hướng gió thôi thịnh hành?
5, Vẽ một Bản đồ chỉ tiết và đánh dấu mũi tên ở phía bắc hiển thị địa điểm xây dựng đề xuất của các Turbin gió với khoảng cách trung bình là 5 lần đường kính cánh quạt
Trang 31PHONG DIEN
7 Đâu là những trạm báo Thời Tiết gản nhất, có thể cung cấp dử liệu gió? địa chỉ, số điện thoại và fax c ủa cơ quan äy nơi sản sàng để cung cấp dữ liệu gió và đặc điểm của địa điểm xây dựng, vị trí các trụ Thời Tiết của ho?
8 Địa điểm xây dựng có di tích lịch sử hoặc di tích khảo cổ, các bức tường, tháp, và phụ thuộc của nhà cũ, thị xã, làng mà có thể ảnh hưởng đến hoạt động xây dựng công trình?
9 Địa điểm xây dựng có những đối tượng khác lớn trong khu vực lân cận, như nhà ở wv
10 Các điều kiện về khả năng tiếp cận của địa điểm xây dựng vai xe cau là gì? Phải lưu ý đến những con đường Cần càng nhiều thông tin về chiều rộng, bán kính đường cong và bể mặt con đường
Địa chất:
1, Điều kiện đất đai của địa điểm xây dựng là gì? Đất sét, cát hoac 4a vv
2 Đã có kết quả điều tra về đất chưa? 3 Lớp đất sâu có độ cứng để được dự kiến?
4 Độ sâu của mực nước trong mùa hè và mùa đông? 5, Đất tự nhiên là gì; chưa được khám phá hoặc canh tác 6 Hiện tại đất sử dụng vào mục dich gi? Nông nghiệp, công nghiệp vv
Trang 32TS Trần Vàn Bình - TS Nguyễn Thế Việt
Khí hậu học:
1 Có thể nêu tính chất khí hậu? Biển hoặc khí hậu vùng đất,
vùng nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới vv
2 Hàng năm, hàng ngày, hàng tháng tốc độ gió trung bình là bao nhiêu? Trên cao là những gi ho do, trong đó thời gian, qua nhiều năm như thế nào và các địa hình gồ ghề của địa điểm trụ đo thời tiết là những gì? Hoặc là có các mô hình điển hình hàng ngày hay theo mùa về vận tốc gió? Có thể cung cấp cho một
mô tả địa hình sơ bộ, thô ráp?
3 Có được phép đo đạt số liệu tiêu biểu (hay có sẵn ) cho các địa điểm xây dựng dưới sự kiểm tra, xem xét?
4 Dữ liệu phân phối gió đã biết?, phân phổi của tốc độ gió
trong một khoảng thời gian dài (có thể từ 2 đến 3 năm)
5 Hướng gió thịnh hành là hướng nào?
6 Sơ đồ hướng gió như thế, được đo trong nhiều năm qua
bao nhiêu người? Chiều cao của các cột đo là bao nhiêu? 60m, 85m hay 100m?
7 Biết gì về những biến động hướng gió? Có một hình mẫu hàng ngày? hay các biến động theo mùa gió?
8 Biết gì về cường độ nhiễu loạn (gusts) của tốc độ gió trên
các địa điểm xây dựng được đề xuất? Cho tỷ lệ của tốc độ gió, độ lệch chuẩn để tốc độ gió có ý nghĩa?
9 Biết gì về áp suất không khi, số liệu trung bình hàng năm,
Trang 33PHONG ĐIỆN
10 Gió mạnh cắt điện (cut out wind speed) được biết đến? 11 Biết gì về tốc độ gió cực - tối đa? Các tốc độ gió trung bình cao nhất trong một khoảng thời gian nhất định Kinh nghiệm trong vòng một khoảng thời gian nhất định (tính thời gian - năm)
12 Trong một số lĩnh vực các thành phần tiếp theo cần quan tâm đặc biệt đối với T (nhiệt độ), H (độ ẩm), S (lượng muối ), U (tia UV) va D (bui)
Cac thanh phan dac biét quan tam: - Rotor cánh quạt (số vòng quay / U) - Mũi nón - Trục - Hộp số - Máy phát điện - Hệ thống làm nguội - Hệ thống điện - Hệ thống thủy lực - Dầu mỡ, dấu, bởi trơn
- Niêm phong / độ kín vòng bi
13 Biết gì về độ ẩm không khí? ví dụ dưới điều kiện nhiệt đới, độ ẩm cao
14 Nhiệt độ tối đa và tối thiểu tại vị trí xây đựng là bao nhiêu? ví dụ nơi cao nguyên, núi, sa mạc giữa 50 độ Celcius đến -10 độ Celcius Thời gian thực hiện mỗi năm!
Trang 341S inde Vert Bint - T5 Nguyễn Thế Việt
15 Độ muối của gió là bao nhiêu? Điều này rất quan trọng cho các vùng gần biển, vùng nhiệt đới vì muối ảnh hưởng đến
lớp sơn phủ, độ bọc kín các bộ phận của thiết bi wv
16, Biết gi về bức xạ cực tím? Đặc biệt là đối với các tình huống nhiệt đới; (Trị số cho phép > 20 mu / mì)
17 Bụi vào mùa hè và mùa đông? có liên quan đến đặc tính tiêu biểu như bụi dẫn điện, một phần kích thước wv
8 Tính chất thường xuyên của sét?
19 Khu vực nhạy cảm với chấn động đất? động đất? bão? 20 Có đóng băng khỏng? kinh nghiệm về bảo quản thiết bị
và có thể có độ dày của lớp băng?
Điện lực:
1 Có thể nêu tỉnh ch ất kiểu kết nổi điện vào mạng lưới trong
khu vực? cấp điện áp thấp, số pha, tấn số của lưới điện vv Turbin gió với công suất cao cần phải được liên kết với lưới điện trung thế (10 kVolts, 11 kVolts, vv )
2 Tỷ lệ phần trầm của độ lệch chậm của điện áp là bao nhiêu? ví dụ 400 V + /- 5% và tần số (50 Hz hay 60 Hz)
3 Chất lượng của các nguồn cung cấp từ lưởi điện hiện nay là gì? Những biến động thời gian ngắn c ủa điện áp (Volt) và tần số (Hz), biết gì về sự không đối xứng của hệ thống và biết gì về méo hài hòa của hệ thống?
Trang 35PHONG ĐIỆN
5 Bao nhiêu năng lượng (kWh - kilowatt giờ) cần thiết hàng năm?
6 Thông thường điện áp trung bình là bao nhí êu, ví dụ 10KV,
35kV, 50 kV, mà Turbin được kết nối thông qua máy biến thế?
7, Khoảng cách giữa các vị trí của các Turbin gió và vừa hiện có lưới điện áp là gì?
8, Những loại máy biến điện hiện nay sử dụng?
9 Có nhà máy phong điện để hoạt động kết hợp với một nhà
máy điện dliesel và có cần thiết phải quy định quyền ưu tiên? 10 Có đáng tin cậy mạng lưới điện? bao nhiêu lần một năm
không suy lưới xảy ra?
11 Có những yêu cầu cụ thể do chủ sở hữu lưới điện, như
chất lượng của các nguồn điện trở lại, lưới thất bại vv
12 biết gì về các tiêu chuẩn và yêu cầu của Ban điện (EVN) / tiện ích, chẳng hạn như các yếu tố sức mạnh? Ví dụ như các Turbin gió nên có khả năng cung cấp điện trên danh nghĩa từ
95% và 90% của điện áp lưới danh nghĩa trong thời gian 10
phút Có bất kỳ yêu cầu của công suất, shut-off cấp theo quy định của tiện ích đó? Nếu cần thiết, sau đó là những gì các quy
định shut-off giữ lên thời gian cho các Turbin giỏ ở cả hai điện
áp (V) và tần số (Hz)
13 Những gì các tiêu chuẩn chung hoặc yêu cầu được áp
dụng?
14 Giá kWh tiêu thụ điện năng là bao nhiêu?
15 Giá kWh cho phản hồi để lưới điện là gì?
Trang 36TS Trân Văn Bình - TS Nguyễn Thê Việt
Tổng kết:
1 Kinh nghiệm qì đã đạt được trong cung ứng và hoạt động của Turbin gió?
2 Khả năng cung cấp điện dân dụng tại ốịa phương, công trình điện và bảo trì trong khu vực?
3 Xe cầu và khả năng vận chuyển có sẵn trong khu vực này? Có những nguyên tắc quy định của địa phương hoặc hạn chế hay không?
4 Có phương tiện tài chính khác có sẵn cho các ứng dụng năng lượng gió?
5 Đối với công tác phòng chống tiếng ồn quấy nhiễu; khoảng
cách đến các ngôi nhà gần nhất là gì?
6 Biết gì về giấy phép xây dựng của địa phương và / hoặc hành vi quấy nhiều đánh giá tác động môi trường dựa theo sự cho phép các yêu cầu và hạn chế
7 Có các quy định hay hạn chế nào về việc sử dụng dầu, hóa
Trang 37PHONG ĐIỆN
Dự án - Các bước khai triển xây dựng nhà máy
Phong điện
Để phát triển,xây dựng nhà máy Phong điện (còn gọi là công
viên gió, cánh đồng điện gió hay trang trại gió) có thể được chìa thành nhiều giai đoạn, bao gồm các bước sau:
e Tìm kiếm, lựa chọn địa điểm, khảo sát thực địa
e© Đánh giá tính khả thi của dự án (bao gồm cả lấy hợp
đồng mua bán điện, trong trường hợp này chính thức với EVN, cho đầu ra nhà máy điện gió
e Chuẩn bị và trình lập kế hoạch ứng dụng e Xây dựng công trình
se Hoạt động
e Ngừng hoạt động và khôi phục hiệu lực xử dụng đất
e Sự phát triển của một nhà máy Phong điện cũng
tương tự như của bất kỳ hệ thống điện khác của dự án sau một quá trình, nhưng với các yêu cầu cụ thể của các số liệu về gió
Trang 38TS Trần Văn Bình - TS Nguyễn Thê Viết | Chi phí tiêu biểu của nhà máy Phong điện với công suất 30 MW đến 200 MW: Tỉ lệ chí phí (%) trên tổng chí phí của nhà máy điện giỏ: (%) + Turbin 65-67
+ Các công trình dân dụng (bao gồm cả chân đế) 13-15 + Cơ sở hạ tầng, ống, dây dẩn điện tại công trưòng 08 + Mạng lưới điện, kết nối với mạng lưới điện quốc gia 06
+ chỉ phí phát triển & quản lý dự án, công trình 08
Turbin gió phải được đặt tại các nơi có tốc độ gìó tốt và nhiều (Kinh nghiệm tốc độ gió lý tưởng từ 7,50m/s đến 12,50m/s, với
khoảng trên 2.500 - 3.000 giờ có gió thối mỗi năm), để tối đa hóa khả năng sản xuất năng lượng và kích thước của thiết bị,
làm giảm hiệu ứng thị giác, thính giác, một khía cạnh đặc biệt quan trọng tác động đến môi trường, đến con người!
Tại các nước ở Châu Âu, các hướng dẫn về việc phát triển chương trình năng lượng gió đã được phát hành bởi các cơ sở giáo dục khác nhau hoặc tổ chức có thầm quyên, ví dụ như
BWEA (Anh), BWE-Bundesverband Windenergie eV (CHLB Đức),
Hiệp hội Năng lượng gió châu Âu (EWEA) vv Tại Mỹ có Hiệp hội Năng lượng gió châu Mỹ (AWEA, American Wind Energy
Association)
Trang 39PHONG DIEN
(1) Cac van đề kỹ thuật và thương mại
(2) Xem xét yếu tố môi trường
(3) đối thoại và tham vấn
Có lẽ điều đáng ngạc nhiên cho nhiều kỹ sự và các nhà sản xuất công nghệ (engineers & technologists) thành công của dự
án tùy thuộc vào việc suy xét tính toán ky thuật và thương mại, nhưng thường lại đơn giản, ít phức tạp hơn là việc để ý, không
cân nhắc nhiều đến yếu tố môi trường và sự thành công của quá trình đối thoại và tham vấn với các cư dân địa phương cũng như cơ quan qui định lập kế hoạch