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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - TRẦN THỊ BÉ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG GIÓ VÙNG BIỂN VEN BỜ VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - 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 Hà Nội - Năm 2013 Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu đề tài Nội dung nghiên cứu Chương - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lượng gió 1.2 Hiện trạng phát triển điện gió giới 1.2.1 Hiện trạng phát triển điện gió .3 1.2.2 Hiện trạng phát triển điện gió ngồi khơi 1.2.3 Hiện trạng phát triển cơng nghệ tua-bin gió .6 1.3 Hiện trạng phát triển điện gió Việt Nam 1.3.1 Vai trò điện gió Việt Nam 1.3.2 Các dự án điện gió 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 lượng gió Việt Nam .17 1.4 Tổng quan khu vực nghiên cứu 22 1.4.1 Đặc điểm chung 22 1.4.2 Đặc điểm chế độ gió 23 Chương - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 26 2.2 Phương pháp nghiên cứu 27 2.2.1 Phương pháp tính tốn tốc độ gió độ cao khác 27 2.2.2 Phương pháp tính tốn mật độ lượng gió 37 2.2.3 Phương pháp xây dựng sơ đồ phân bố tiềm năng lượng gió 42 2.2.4 Phương pháp đánh giá tiềm năng lượng gió 44 Trần Thị Bé i K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Chương - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 47 3.1 Kết tính tốn tốc độ gió độ cao khác 47 3.2 Kết tính tốn mật độ lượng gió 52 3.3 Kết xây dựng sơ đồ phân bố tiềm năng lượng gió 60 3.4 Đánh giá tiềm năng lượng gió 61 3.4.1 Đánh giá tiềm năng lượng gió theo tốc độ gió 61 3.4.2 Đánh giá tiềm năng lượng gió theo mật độ lượng gió 64 3.5 Một số giải pháp nhằm khai thác điện gió biển 67 3.5.1 Giải pháp thị trường 67 3.5.2 Giải pháp kỹ thuật công nghệ 68 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 71 KẾT LUẬN 71 KHUYẾN NGHỊ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 Trần Thị Bé ii K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Công suất tốc độ gia tăng điện gió số nước giới giai đoạn 2010 - 2012 [28] Bảng 2: Cơng suất điện gió ngồi khơi số nước giới giai đoạn 2009 - 2012 [28] Bảng 3: Phân loại tua-bin gió theo cơng suất [12] .8 Bảng 4: Thống kê diện tích tiềm gió lý thuyết theo tỉnh (km2) [14] .15 Bảng 5: Thống kê diện tích tiềm gió kỹ thuật theo tỉnh (km2) [14] 16 Bảng 6: Tiềm năng lượng gió Việt Nam độ cao 65 m theo Atlas gió năm 2001 [26] 19 Bảng 7: Tiềm năng lượng gió Việt Nam độ cao 80m theo Atlas gió năm 2010 [14] 19 Bảng 8: Danh sách trạm khí tượng vùng duyên hải hải đảo dùng để khai thác số liệu tốc độ gió tầng thấp [3, 10] .30 Bảng 9: Tốc độ gió thực tốc độ gió tách lặng trung bình theo mùa, năm trạm khí tượng vùng duyên hải hải đảo, độ cao 10m [3, 10] .32 Bảng 10: Bảng phân loại địa hình độ gồ ghề khu vực trạm khí tượng vùng duyên hải hải đảo [3] 34 Bảng 11: Hệ số mẫu lượng K trạm đo gió [3] 41 Bảng 12: Phân cấp lượng gió Cục Năng lượng Hoa Kỳ [4] .44 Bảng 13: Phân cấp tài nguyên gió biển Châu Âu [4] 45 Bảng 14: Phân cấp tài ngun gió Đơng Nam Á độ cao 30 65m [26] .45 Bảng 15: Phân cấp lượng gió theo tốc độ gió mật độ lượng gió 46 Bảng 16: Kết tính tốn tốc độ gió độ cao 50m, 100m 150m trạm khí tượng đo gió 48 Bảng 17: Tốc độ gió trung bình năm thay đổi theo độ cao 51 Bảng 18: Kết tính tốn mật độ lượng gió trung bình theo mùa, năm trạm khí tượng đo gió 53 Bảng 19: Danh mục sơ đồ phân bố tiềm năng lượng gió 61 Trần Thị Bé iii K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Tổng cơng suất lắp đặt điện gió giới giai đoạn 1997 - 2012 (MW) [28] Hình 2: Một số hình ảnh dự án điện gió Việt Nam 13 Hình 3: Atlas tiềm gió Việt Nam năm 2001 năm 2010 .20 Hình 4: Bản đồ tiềm năng lượng gió Biển Đơng biển ven bờ Việt Nam, độ cao 80m [8] 21 Hình 5: Bản đồ tỉnh, thành phố ven biển Việt Nam [6] .23 Hình 6: Hoa gió trạm khí tượng số hịn đảo [8] 24 Hình 7: Khu vực nghiên cứu 27 Hình 8: Sơ đồ phân bố tốc độ gió trung bình năm vùng biển ven bờ Việt Nam độ cao 10m 100m 62 Hình 9: Sơ đồ phân bố mật độ lượng gió trung bình năm vùng biển ven bờ Việt Nam độ cao 100m 65 Hình 10: Sơ đồ phân bố mật độ lượng gió trung bình theo mùa vùng biển ven bờ Việt Nam độ cao 100m 67 Hình 11: Cấu tạo cơng trình điện gió biển [2] 69 Hình 12: Tua-bin gió trục ngang trục đứng lắp đặt biển .70 Trần Thị Bé iv K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Hiện nay, với phát triển kinh tế gia tăng dân số dẫn đến tốc độ sử dụng lượng ngày tăng, làm cho nguồn lượng truyền thống ngày trở nên khan Một vấn đề lượng thiếu hụt điện việc sử dụng điện ngày gia tăng nhằm phục vụ cho nhu cầu sản xuất, sinh hoạt mục đích khác Do vậy, giới nói chung Việt Nam nói riêng cần có chiến lược trung dài hạn nhằm đảm bảo an ninh lượng cách khai thác tiết kiệm, hiệu giảm thiểu phụ thuộc vào nguồn lượng truyền thống than đá, dầu khí, thủy điện… , đồng thời mở rộng ứng dụng nguồn lượng mới, đặc biệt ưu tiên phát triển nguồn lượng tái tạo lượng gió, mặt trời, thủy triều, sinh khối.… Việt Nam nước có 3000km đường bờ biển nằm khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên đánh giá quốc gia có tiềm năng lượng gió tốt Tuy nhiên, dự án điện gió Việt Nam chưa thu hút nhà đầu tư ngồi nước, điện gió chưa phát huy hết tiềm Nhận thấy việc cần thiết nhằm phát triển điện gió nước ta, ngày 29/06/2011 Thủ tướng Chính phủ có Quyết định số 37/2011/QĐTTg Về chế hỗ trợ phát triển dự án điện gió Việt Nam, ngày 21/07/2011 Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến 2030 (Quy hoạch điện VII), theo đến năm 2020 nước ta có 1.000MW điện gió đến năm 2030 6.200MW cơng suất nguồn điện gió Vùng biển nước ta có diện tích rộng triệu km2 có nhiều vùng biển nơng Mặt khác, theo nguồn số liệu gió thu thập chủ yếu từ trạm khí tượng thuỷ văn, tốc độ gió trung bình năm đo từ trạm đất liền tương đối thấp, khoảng 2-3m/s Tuy nhiên, khu vực ven biển có tốc độ gió cao hơn, từ 3-5m/s Ở khu vực đảo, tốc độ gió trung bình đạt tới 5-8m/s Do đó, nói vùng biển ven bờ hải đảo nước ta có tiềm tốt Trần Thị Bé K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam để phát triển điện gió Ngồi ra, nhà máy điện gió đất liền chiếm dụng nhiều đất đai, khơng gian mặt biển chưa khai thác nhiều Do vậy, việc nghiên cứu đánh giá tiềm năng lượng gió biển nhằm xác định khu vực phù hợp để xây dựng nhà máy điện gió cần thiết Đó lý chọn đề tài: “Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam” Mục tiêu đề tài Bước đầu áp dụng phương pháp tính tốn lượng gió để tính tiềm năng lượng gió lý thuyết cho vùng biển ven bờ Việt Nam Qua nhằm xác định khu vực phù hợp để xây dựng nhà máy điện gió biển đề xuất số giải pháp để khai thác nguồn lượng Nội dung nghiên cứu - Tính tốn tốc độ gió độ cao khác (50m, 100m, 150m), tính tốn mật độ lượng gió trung bình năm hai mùa (mùa hạ mùa đông) độ cao khác vị trí lựa chọn khu vực nghiên cứu - Vẽ sơ đồ phân bố tốc độ gió, mật độ lượng gió khu vực nghiên cứu - Đánh giá tiềm năng lượng gió lý thuyết vùng biển ven bờ Việt Nam - Đề xuất số giải pháp nhằm khai thác điện gió biển Trần Thị Bé K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Chương - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lượng gió Năng lượng gió động khơng khí di chuyển bầu khí trái đất, hình thức gián tiếp lượng mặt trời Năng lượng gió nguồn lượng sạch, có khả tái tạo Con người từ lâu biết sử dụng lượng gió để di chuyển thuyền buồm, khinh khí cầu cối xay gió Ý tưởng dùng lượng gió để sản xuất điện hình thành sau đời phát minh điện máy phát điện Từ sau khủng hoảng dầu lửa vào năm 1970, việc nghiên cứu sản xuất lượng từ nguồn khác đẩy mạnh toàn giới, kể việc phát triển tua-bin gió đại Nguyên lý phát điện từ lượng gió sau: tua-bin gió biến động gió thành động tua-bin, chuyển động quay tua-bin dẫn đến chuyển động quay máy phát điện tạo điện Để truyền điện xa hơn, người ta dùng máy biến để tăng hiệu điện Điện truyển tải đến nơi sử dụng qua đường dây tải điện 1.2 Hiện trạng phát triển điện gió giới 1.2.1 Hiện trạng phát triển điện gió Từ sau khủng hoảng dầu lửa thập niên 70 kỷ 20, việc nghiên cứu sản xuất lượng từ nguồn khác, từ gió, đẩy mạnh tồn giới Điện gió công nghệ phát điện lượng tái tạo với giá thành tương đối thấp có tốc độ tăng trưởng nhanh giới Theo Báo cáo Năng lượng gió giới năm 2012 [28] Hiệp hội Năng lượng gió giới (World Wind Energy Association - WWEA) cho biết: Trong năm 2012, toàn giới lắp đặt thêm 44.609MW điện gió, nâng tổng cơng suất lắp đặt điện gió đạt 282 275MW (Hình 1), đóng góp khoảng 580 TWh điện năm, đáp ứng 3% nhu cầu tiêu thụ điện toàn giới, doanh thu từ điện gió ước tính 75 tỷ USD Trần Thị Bé K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Tốc độ tăng trưởng điện gió năm 2012 toàn giới 19,3%, mức tăng thấp 10 năm trở lại Trong đó, châu Á khu vực dẫn đầu cơng suất điện gió lắp đặt (chiếm 36,3% toàn giới), Bắc Mỹ (31,3%) châu Âu (27,5%), lại khu vực khác: châu Mỹ Latinh (3,9%), Australia (0,8%) châu Phi (0,2%) WWEA dự đốn cơng suất điện gió tồn giới đạt 500.000MW vào năm 2016 đạt 1.000.000MW vào cuối năm 2020 Hình 1: Tổng cơng suất lắp đặt điện gió giới giai đoạn 1997 - 2012 (MW) [28] Hiện nay, giới có 100 nước sử dụng điện gió Trong đó, 10 nước đứng đầu cơng suất điện gió là: Trung Quốc, Mỹ, Đức, Tây Ban Nha, Ấn Độ, Anh, Italy, Pháp, Canada, Bồ Đào Nha Chỉ riêng 10 nước chiếm 86% công suất điện gió tồn giới Việt Nam nước có cơng suất điện gió đứng thứ 59/100 theo xếp loại WWEA, thể bảng sau: Trần Thị Bé K19 Cao học Môi Trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam bờ nước ta, khơng sâu tìm hiểu đánh giá tiềm kỹ thuật lượng gió Từ độ lớn phân bố tốc độ gió hệ số mẫu lượng đánh giá tiềm năng lượng gió phân bố khu vực nghiên cứu Trong hai nhân tố định giá trị lượng tốc độ gió trung bình hệ số mẫu lượng tốc độ gió trung bình giữ vai trị chủ yếu Do đó, phân bố tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ hải đảo tương tự với phân bố tốc độ gió trung bình Để đánh giá tiềm năng lượng gió theo tốc độ gió trung bình năm, người làm Luận văn lựa chọn tốc độ gió độ cao 10m (tầng bản) độ cao 100m (tầng lắp đặt tua-bin gió) Tốc độ gió trung bình năm độ cao 10m 100m thể Bảng 9, Bảng 16 sơ đồ Hình Tại độ cao 10m Tại độ cao 100m Hình 8: Sơ đồ phân bố tốc độ gió trung bình năm vùng biển ven bờ Việt Nam độ cao 10m 100m Trần Thị Bé 62 K19 Cao học môi trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Theo số liệu Bảng Hình cho thấy tốc độ gió tầng thấp (10m) vùng ven biển hải đảo Việt Nam nhỏ, phần lớn khu vực nghiên cứu có tốc độ gió trung bình năm 4,0m/s, số địa điểm (như Nha Trang, Phan Thiết) đảo gió đạt tốc độ 4,0m/s mức tiềm thuộc loại trung bình khá, đặc biệt đảo xa bờ Bạch Long Vĩ Phú Quý có tiềm tốt với tốc độ gió đạt 6m/s Theo số liệu Bảng 16 Hình cho thấy tiềm năng lượng gió độ cao 100m vùng biển ven bờ hải đảo Việt Nam khả quan so với độ cao10m Ở độ cao 100m so với 10m vùng có tốc độ gió nhỏ thu hẹp lại, vùng có tốc độ lớn mở rộng ra, phần lớn khu vực nghiên cứu có tốc độ gió trung bình năm đạt 5m/s Các khu vực có tiềm năng lượng gió (với tốc độ gió trung bình năm 6m/s) vùng biển ngồi khơi tỉnh Quảng Ninh, Hải Phịng (xung quanh đảo Cơ Tơ, Hịn Dấu, Bạch Long Vĩ), xung quanh đảo gần bờ, vùng biển ven bờ tỉnh Nam Trung Bộ từ Khánh Hịa đến Bình Thuận, vùng biển ven bờ số tỉnh Nam Bộ Bến Tre Đặc biệt đảo xa bờ có tiềm năng lượng gió tốt với tốc độ gió trung bình năm đạt 8m/s Bạch Long Vĩ (9,3m/s) Phú Quý (8,5m/s) Tiềm năng lượng gió biển thực tế cao tiềm tính tốn Luận văn dựa số liệu tốc độ gió đo đạc đất liền Bởi số liệu gió thu thập phần lớn từ trạm khí tượng đặt đất liền, địa hình bị che chắn nên so với khu vực ngồi khơi mặt nước khơng có vật cản tốc độ gió biển lớn so với đất liền Cụ thể Dự án điện gió Bạc Liêu theo số liệu đo đạc quan trắc từ vệ tinh từ năm 2000 – 2009 [32, 33] cho thấy tốc độ gió trung bình năm đạt tới 8,19m/s độ cao 100m khu vực dự án Trong theo kết tính tốn tốc độ gió trung bình năm độ cao 100m cho trạm Bạc Liêu đạt 5,1m/s Như vậy, so với đất liền, tốc độ gió ngồi biển tăng lên nhiều Trần Thị Bé 63 K19 Cao học môi trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam 3.4.2 Đánh giá tiềm năng lượng gió theo mật độ lượng gió 3.4.2.1 Phân bố tiềm năng lượng gió Để đánh giá tiềm năng lượng gió ta cịn dựa vào kết tính tốn mật độ lượng gió độ cao cần khai thác lượng Từ Bảng 18 Hình 11 cho thấy vùng có tiềm năng lượng gió đạt mức (với tốc độ gió trung bình năm > 6,0m/s, mật độ lượng gió trung bình năm > 200W/m2) vùng biển ven bờ tỉnh Quảng Ninh, Hải Phòng, Hà Tĩnh, Khánh Hịa, Bình Thuận, Vũng Tàu, Bến Tre, Bạc Liêu, Kiên Giang Những nơi có tiềm năng lượng gió đạt mức tốt (với mật độ lượng gió trung bình năm > 300W/m2) đảo Cơ Tơ, Hịn Dấu, Hòn Ngư, Lý Sơn; đặc biệt đảo xa bờ có tiềm năng lượng gió tốt Bạch Long Vĩ (1001W/m2), Phú Quý (673 W/m2) Thực tế cho thấy, mật độ lượng gió trung bình năm nhỏ 100W/m2, việc khai thác lượng gió khơng hiệu lượng khai thác q ít, giá trị sử dụng khơng đáng kể so với chi phí thiết bị tốn Người ta thực quan tâm đến nguồn lượng mật độ lượng gió trung bình năm đạt chừng khoảng 100 W/m2 trở lên tốc độ gió trung bình năm từ 5,0m/s trở lên độ cao lắp đặt tua-bin Trong việc khai thác tiềm năng lượng gió, nhận thấy rằng: - Những vùng có mật độ lượng gió trung bình năm lớn 300W/m2 tương ứng với tốc độ gió trung bình năm từ 7m/s trở lên nơi có tiềm năng lượng gió tốt, sử dụng loại máy phát có cơng suất lớn Trong khu vực nghiên cứu có đảo xa bờ (như đảo Phú Quý Bạch Long Vĩ), số đảo gần bờ (Cơ Tơ, Hịn Dấu, Hịn Ngư, Lý Sơn) có tiềm gió đạt cấp độ Trên thực tế, đảo Phú Q lắp đặt thành cơng 03 tua-bin gió loại có cơng suất 2MW/tuabin - Những vùng có mật độ lượng gió trung bình năm từ 200 - 300W/m2 nơi có tiềm gió tốt, việc khai thác lượng có hiệu quả, sử dụng loại máy gió có cơng suất trung bình Trong khu vực nghiên cứu có vị trí sau có Trần Thị Bé 64 K19 Cao học môi trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam lượng gió đạt cấp độ vùng biển ven bờ tỉnh Quảng Ninh, Hải Phòng, Hà Tĩnh, Khánh Hịa, Bình Thuận, Vũng Tàu, Bến Tre; số đảo gần bờ (Cồn Cỏ, Phú Quốc) - Những vùng có mật độ lượng gió trung bình năm từ 100 - 200W/m2 nơi có tiềm nhỏ, việc khai thác nên sử dụng loại máy phát có cơng suất nhỏ Trong khu vực nghiên cứu có vị trí sau có lượng gió đạt cấp độ vùng biển ven bờ tỉnh Nam Định, Nghệ An, Quảng Bình, Bình Định, Phú Yên, Tiền Giang, Bạc Liêu, Kiên Giang Cơn Đảo Hình 9: Sơ đồ phân bố mật độ lượng gió trung bình năm vùng biển ven bờ Việt Nam độ cao 100m Tuy nhiên, yếu tố tiềm năng lượng gió đánh giá vào loại trở lên, việc lựa chọn khu vực để đầu tư khai thác điện gió vùng biển ven bờ nước ta phụ thuộc vào yếu tố khác như: độ sâu vùng biển, địa Trần Thị Bé 65 K19 Cao học môi trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam hình địa chất đáy biển, thuận lợi cho việc đấu nối với lưới điện quốc gia…Do đó, dự án Điện gió Bạc Liêu xây dựng biển, khu vực vùng biển Bạc Liêu lựa chọn khu vực biển nông, thuộc bãi bồi, thuận tiện cho việc thi cơng, thủy triều xuống nhìn thấy chân cột tua-bin Mặc dù số khu vực khác khảo sát Khai Long, Đất Mũi, Hòn Khoai (Ngọc Hiển, Cà Mau) khu vực q xa xơi, khó kết nối với lưới điện quốc gia 3.4.2.2 Phân bố tiềm năng lượng gió theo mùa Dựa vào Bảng 16 Bảng 18 với sơ đồ Hình 10 nhận thấy khu vực nghiên cứu, tốc độ gió mật độ lượng gió có phân hóa rõ rệt theo mùa, nhiều vùng lãnh thổ chịu ảnh hưởng hai mùa gió khơng nhau, ưu thuộc hẳn mùa gió năm Mật độ lượng mùa gió chiếm ưu lớn gấp đơi chí gấp bốn mùa Tốc độ gió mùa hoạt động gió mùa đơng gió mùa hạ lớn rõ rệt, gió mùa mùa đơng mạnh Ngược lại thời kỳ chuyển tiếp tốc độ gió giảm hẳn, đặc biệt vào mùa xuân Đây bất lợi cho việc khai thác nguồn lượng khu vực biển Việt Nam Mỗi khu vực lãnh thổ chịu ảnh hưởng khác hai mùa gió gió mùa Đơng Bắc gió mùa Tây Nam Độ lớn tốc độ gió mật độ lượng gió nơi mùa gió phụ thuộc vào địa hình vị trí địa lý khu vực Những khu vực biển ven bờ có tiềm năng lượng gió mùa đơng cao mùa hạ rõ rệt là: - Khu vực Bắc Bộ; - Phía nam khu vực Bắc Trung Bộ (từ Quảng Bình đến Huế); - Khu vực Nam Trung Bộ; - Khu vực Nam Bộ (trừ vùng biển phía tây nam từ Cà Mau đến Kiên Giang ); - Các đảo phía đơng lãnh thổ (trừ đảo Hòn Dấu đảo Phú Quý); Trần Thị Bé 66 K19 Cao học môi trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Những khu vực biển ven bờ có tiềm năng lượng gió mùa hạ cao mùa đơng rõ rệt là: - Phía bắc khu vực Bắc Trung Bộ (từ Thanh Hóa đến Hà Tĩnh); - Phía tây nam khu vực Nam Bộ (từ Cà Mau đến Kiên Giang); - Các đảo phía tây nam lãnh thổ (như đảo Phú Quốc); Mùa hạ Mùa đơng Hình 10: Sơ đồ phân bố mật độ lượng gió trung bình theo mùa vùng biển ven bờ Việt Nam độ cao 100m 3.5 Một số giải pháp nhằm khai thác điện gió biển 3.5.1 Giải pháp thị trường Rào cản lớn điện gió Việt Nam giá thành điện gió cao vốn đầu tư ban đầu tương đối lớn, dẫn tới giá bán điện gió cao Vì vậy, điện gió chưa cạnh tranh mặt kinh tế với ngành điện khác thủy điện, nhiệt điện nên chưa thu hút nhiều nhà đầu tư Trần Thị Bé 67 K19 Cao học môi trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Theo tính tốn Viện Năng lượng (Bộ Công thương) sử dụng công nghệ từ nước Mỹ châu Âu, đáp ứng đủ tiêu chuẩn IEC (Hội đồng kỹ thuật điện quốc tế) điện gió suất đầu tư dự án điện gió 2.250 USD/kW, giá điện bình qn quy dẫn khoảng 10,68 UScents/kWh Cịn sử dụng cơng nghệ đến từ Trung Quốc suất đầu tư 1.700 USD/kW, giá bán điện 8,6 UScents/kWh Tuy nhiên, giá mua điện gió thấp 1.614 đồng/kWh (tương đương khoảng 7,8 Usents/kWh) theo Quyết định số 37/2011/QĐTTg- chế hỗ trợ phát triển dự án điện gió Việt Nam, cao 310 đồng/kWh so với mức giá điện bình quân 1.304 đồng/kWh, xem chưa hấp dẫn nhà đầu tư điện gió ngồi nước Để phát triển điện gió, tạo điều kiện cho điện gió cạnh tranh với nguồn điện khác thủy điện, nhiệt điện cần phải hạch tốn đầy đủ chi phí để đưa vào giá thành nguồn điện Giá thành thủy điện cịn rẻ chưa tính đến tiền đất chiếm dụng lòng hồ, tiền phá rừng để làm hồ chứa, chi phí phát sinh xã hội phải tái định cư…Còn giá thành nhiệt điện thấp điện gió chưa tính đến chi phí nhiễm mơi trường (phát thải khí thải độc hại CO2, SO2, NOx…), chi phí y tế chăm sóc sức khỏe nhiễm Khi tính tốn đầy đủ chi phí giá thành thủy điện nhiệt điện tăng lên, tạo điều kiện cho điện gió cạnh tranh giá nguồn điện 3.5.2 Giải pháp kỹ thuật công nghệ Tương tự công nghệ điện gió đất liền, tua-bin gió ngồi khơi có loại sau: - Tua-bin gió trục đứng: Một hạn chế tua-bin gió trục đứng khơng đưa lên cao nên khơng đón gió lớn Tuy nhiên, khơi khác biệt tốc độ gió cao phía gần mặt biển khơng lớn đất liền loại trục đứng phát huy hiệu Trần Thị Bé 68 K19 Cao học môi trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam - Tua-bin gió trục ngang: Tua-bin gió trục ngang loại phổ biến không đất liền mà biển Ở ngồi biển thường dùng tua-bin ngang đóng cọc xuống đáy biển Có nhiều hãng khác châu Âu Mỹ sản xuất loại tua-bin với công suất khác nhau, từ vài trăm kW đến 7,5MW Đối với khơi điều kiện mặt thoáng nên tua-bin trục ngang thường sử dụng có cơng suất lớn, với độ cao tháp mức phổ biến 80 - 120m hình vẽ sau: Hình 11: Cấu tạo cơng trình điện gió biển [2] Đối với vùng biển, thường sử dụng loại tua-bin gió trục ngang đóng cọc thẳng xuống đáy biển Phương pháp áp dụng phù hợp với vùng biển nơng, có độ sâu không 30m Theo nghiên cứu cho thấy với độ sâu 30m sử dụng loại đế đơn, từ 30 - 60m vùng chuyển tiếp sử dụng loại đế chôn cố định (loại chân chân chùm) đế nổi, ngồi 60m dùng loại đế Như vùng biển nơng, gần bờ kỹ thuật tua-bin gió gần giống đất liền Cịn nhà máy điện gió lắp đặt đảo có cơng nghệ tua-bin gió giống đất liền (ví dụ nhà máy phong điện Phú Quý) Các loại tua-bin gió biển thể qua hình sau: Trần Thị Bé 69 K19 Cao học mơi trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Tua-bin gió trục ngang biển [30] Tua-bin gió trục đứng biển [29] Hình 12: Tua-bin gió trục ngang trục đứng lắp đặt biển Như vậy, việc phát triển điện gió ngồi khơi Việt Nam tiến hành qua giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: Phát triển điện gió vùng biển nơng gần bờ, có độ sâu không 30m với công nghệ gần tương tự đất liền giống Nhà máy điện gió Bạc Liêu Đó sử dụng tua-bin trục ngang với độ cao tháp từ 80m đến 100m có đế đặt trực tiếp đáy biển, công suất từ 1,5 đến 5MW Hai khu vực phát triển trang trại gió ngồi khơi vùng biển nông gần bờ vùng biển ven bờ Quảng Ninh, Hải Phòng vùng biển ven bờ thuộc khu vực Nam Bộ, từ Bà Rịa - Vũng Tàu đến Cà Mau - Giai đoạn 2: Phát triển điện gió vùng biển có độ sâu 30 - 60m với kỹ thuật hỗn hợp tua-bin trục ngang trục đứng Với tua-bin trục ngang có đế đặt trực tiếp đáy biển đế với neo chùm đặt phao dạng dàn khoan dầu khí với công suất tua-bin lớn 5MW, tháp cao 100m Khu vực phát triển giai đoạn tập trung vùng biển gần bờ thuộc khu vực phía bắc vịnh Bắc Bộ Nam Bộ - Giai đoạn 3: Phát triển điện gió vùng biển sâu 60m, gần bờ chủ yếu thuộc vùng biển khu vực Bắc Trung Bộ từ Nghệ An đến Quảng Bình Nam Trung Bộ từ Bình Định đến Bình Thuận Kỹ thuật sử dụng loại tua-bin trục ngang trục đứng loại đế theo dạng neo chùm phao neo Công suất tua-bin đạt 7,5MW, độ cao tháp đơi với tua-bin trục ngang lên đến 100m Trần Thị Bé 70 K19 Cao học môi trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết tính tốn phân tích Luận văn, đưa số kết luận sau đây: Các kết Luận văn tính tốn dựa sở số liệu gió thực đo mạng lưới gồm 45 trạm khí tượng quốc gia vùng ven biển hải đảo chỉnh lý đáng tin cậy, nhiên thiếu nhiều so với yêu cầu Luận văn bước đầu đưa kết tính tốn tốc độ gió độ cao khác (50, 100, 150m) kết tính tốn mật độ lượng gió trung bình theo mùa (mùa hạ, mùa đông) năm, từ áp dụng phương pháp GIS để xây dựng sơ đồ phân bố tốc độ gió mật độ lượng gió cho tồn vùng biển ven bờ Việt Nam Theo kết tính tốn từ sơ đồ xây dựng cho thấy tầng thấp (độ cao 10 mét), tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam nhìn chung tương đối nhỏ, phần lớn khu vực nghiên cứu có tốc độ gió trung bình năm 4,0m/s, có số nơi đảo khai thác lượng gió có hiệu Tại độ cao 50m, 100m 150m, tiềm năng lượng gió lớn nhiều so với tầng thấp, mức tăng phụ thuộc vào tính chất địa hình, vị trí địa lý độ lớn tốc độ gió Ở độ cao 100m, vùng có tiềm năng lượng gió đạt mức (với tốc độ gió trung bình năm > 6,0m/s, mật độ lượng gió trung bình năm > 200W/m2) vùng biển ven bờ tỉnh Hải Phịng, Hà Tĩnh, Khánh Hịa, Bình Thuận, Vũng Tàu, Bến Tre, Bạc Liêu, Kiên Giang Những nơi có tiềm năng lượng gió đạt mức tốt (với mật độ lượng gió trung bình năm > 300W/m2) đảo Cơ Tơ, Hịn Dấu, Hịn Ngư, Lý Sơn; đặc biệt đảo xa bờ có tiềm năng lượng gió tốt Bạch Long Vĩ (1001W/m2), Phú Quý (673 W/m2) Việc đánh giá tiềm năng lượng gió chi tiết đầy đủ cho vùng biển ven bờ Việt Nam nói chung, cho tỉnh thành, khu vực chưa thể thực thiếu số liệu đo đạc thực gió, hạn chế kinh phí đề tài Đây hướng phát triển nghiên cứu đề tài thời gian tới Trần Thị Bé 71 K19 Cao học môi trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam KHUYẾN NGHỊ Nhằm phát triển điện gió biển Việt Nam, Người làm Luận văn đưa số khuyến nghị sau: Do số liệu gió thu thập từ trạm khí tượng phần lớn đặt đất liền, địa hình bị che chắn, thiếu hụt số liệu đo đạc thực tế gió nhiều vùng biển, hải đảo xa bờ nên tiềm năng lượng gió biển thực tế cao kết tính tốn Luận văn (ví dụ vùng biển Bạc Liêu) Do đó, cần tiến hành việc đo gió chi tiết khu vực có tiềm điện gió khoảng thời gian năm độ cao khác để có số liệu gió đáng tin cậy trước lập dự án Trong khu vực biển Việt Nam hàng năm có nhiều bão tố lốc Việc thiết kế động gió phải đảm bảo độ bền để tránh bị phá hỏng bão tố Ngoài ra, thiết bị sử dụng hải đảo vùng biển ven bờ, phải ý đến điều kiện chống ăn mòn kim loại để kéo dài tuổi thọ máy móc Để phát triển điện gió Việt Nam nói chung điện gió biển nói riêng cần thiết lập cho điện gió thị trường cạnh tranh nay, cách tính tốn đầy đủ chi phí bên ngồi nguồn điện khác thủy điện, nhiệt điện Nếu chi phí ngồi chi phí chiếm dụng đất đai, chi phí bảo vệ mơi trường… tính vào giá thành nguồn điện giá thành tăng lên, tạo điều kiện cho giá điện gió cạnh tranh thị trường mua bán điện Trần Thị Bé 72 K19 Cao học môi trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ Kế hoạch Đầu tư, Vụ Khoa học, Giáo dục, Tài nguyên Mơi trường, Văn phịng Phát triển bền vững, Dự án Hỗ trợ chương trình Phát triển bền vững Môi trường Việt Nam, Tiềm phương hướng khai thác dạng lượng tái tạo Việt Nam, Hà Nội Vũ Đan Chỉnh, Mai Hồng Quân (2011), “Lựa chọn giải pháp kết cấu đỡ turbine phát điện sức gió xây dựng ven biển Việt Nam”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học Công nghệ Biển toàn quốc lần thứ V, tr 61 - 67 Tạ Văn Đa (2006), Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học Đánh giá tài nguyên khả khai thác lượng gió lãnh thổ Việt Nam, Viện Khí tượng Thủy văn, Hà Nội Nguyễn Mạnh Hùng (2010), Báo cáo tổng hợp kết khoa học công nghệ đề tài Nghiên cứu đánh giá tiềm nguồn lượng biển chủ yếu đề xuất giải pháp khai thác, Mã số KC.09.19/06-10, Viện Cơ học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội Nguyễn Quốc Khánh (2011), Thông tin Năng lượng gió Việt Nam, Dự án Năng lượng Gió GIZ/MoIT, Hà Nội Đặng Vũ Khắc, Hứa Chiến Thắng, Lê Quốc Hùng, Hồ Yến Thu, Nguyễn Thành Long, Trần Việt Anh (2006), Atlas Đới bờ Việt Nam, Dự án Việt Nam - Hà Lan Quản lý tổng hợp đới bờ, Cục Bảo vệ Môi trường, Hà Nội Khoa môi trường, trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội (2007), Báo cáo đánh giá tác động môi trường Dự án đầu tư xây dựng cơng trình phong điện - Bình Thuận Trần Việt Liễn nhóm cộng tác (2010), Báo cáo chuyên đề Xây dựng Atlas Năng lượng gió vùng Biển Đơng ven biển Việt Nam thuộc Đề tài Nghiên cứu đánh giá tiềm nguồn lượng biển chủ yếu đề xuất Trần Thị Bé 73 K19 Cao học môi trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam giải pháp khai thác, Mã số KC.09.19/06-10, Viện Cơ học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội Trần Việt Liễn, Trương Anh Sơn, Trần Hồng Liên, Nguyễn Chí Kiên (2010), Báo cáo chuyên đề Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển hải đảo Việt Nam thuộc Đề tài Nghiên cứu đánh giá tiềm nguồn lượng biển chủ yếu đề xuất giải pháp khai thác, Mã số KC.09.19/06-10, Viện Cơ học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội 10 Trần Việt Liễn, Bùi Thị Tân, Trần Hoàng Liên, (2010), Báo cáo chuyên đề Thu thập số liệu khí tượng hải văn 57 đài, trạm khí tượng hải văn phục vụ tính tốn tiềm năng lượng gió vùng (Bắc, Trung, Nam) giai đoạn 1957 - 1990, 1991 - 2004 thuộc Đề tài Nghiên cứu đánh giá tiềm nguồn lượng biển chủ yếu đề xuất giải pháp khai thác, Mã số KC.09.19/06-10, Viện Cơ học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội 11 Nguyễn Ngọc Tân (2012), “Cơng nghiệp Điện gió”, Thời báo Kinh tế Sài Gịn & Trung tâm Kinh tế Châu Á – Thái Bình Dương 12 Trần Thục (2012), Năng lượng gió Việt Nam - Tiềm khả khai thác, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 13 Dư Văn Toán (2013), “Năng lượng tái tạo biển định hướng phát triển Việt Nam”, Tuyển tập báo cáo khoa học Hội thảo khoa học quốc gia Tài nguyên thiên nhiên tăng trưởng xanh, Trung tâm Nghiên cứu Tài nguyên Môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội 14 Tổng Cục Năng lượng, Bộ Công thương (2012), Báo cáo tóm tắt Qui hoạch Phát triển điện gió tồn quốc giai đoạn đến năm 2020, có xét đến 2030 15 Phan Thanh Tùng, Vũ Chi Mai, Angelika Wasielke (2012), Tình hình phát triển điện gió khả cung ứng tài cho dự án Việt Nam, Dự án Năng lượng Gió GIZ/MoIT, Hà Nội Trần Thị Bé 74 K19 Cao học môi trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam 16 Nguyễn Thế Tưởng (2006), Báo cáo chuyên đề Phân tích thống kê chỉnh lý số liệu quan trắc tốc độ gió cho mục đích tính lượng gió thuộc Đề tài nghiên cứu Xây dựng tập đồ phân bố tiềm năng lượng gió xạ mặt trời vùng duyên hải số đảo gần bờ Việt Nam, Viện Địa lý - Hội Khoa học kỹ thuật biển, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội 17 http://nangluongvietnam.vn/news/vn/dien-hat-nhan-nang-luong-tai-tao/nangluong-tai-tao/nha-may-dien-gio-tren-bien-dau-tien-o-viet-nam-chuan-biphat-dien.html 18 http://petrotimes.vn/news/vn/du-an/khanh-thanh-nha-may-phong-dien-tren-daophu-quy.html 19 http://tietkiemnangluong.com/tin-tuc/174/nha-may-dien-gio-tuy-phong-binhthuan-hoan-thanh-giai-doan-1.html 20 http://vi.wikipedia.org/wiki/N%C4%83ng_l%C6%B0%E1%BB%A3ng_gi%C3 %B3 21 http://www.tienphong.vn/Kinh-Te/Doanh-Nghiep/650249/Mua-gat-dau-tren%E2%80%9CCanh-dong-dien-gio%E2%80%9D-tpp.html Tiếng Anh 22 Department for Business Enterprise & Regulatory Reform (2008), Atlas of UK Marine Renewable Energy Resources 23 Energy Research Insitute (2011), Technology Roadmap China Wind Energy Development Roadmap 2050 24 Marc Schwarts, Donna Heimiller, Steve Haymes and Walt Musial (2010), Assessment of Offshore Wind Energy Resources for the United States 25 Tony Burton, Nick Jenins, David Sharpe, Ervin Bossanyi (2011), Wind Energy Handbook, A John Wiley and Sons, Ltd., Publication Trần Thị Bé 75 K19 Cao học môi trường Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam 26 U.S Department of Energy (2011), A National Offshore Wind Strategy: Crearting an Offshore Wind Energy Industry in the United States 27 True Wind Solutions (2001), Wind Energy Resource Atlas of Southeast Asia 28 World Wind Energy Association (2012), World Wind Energy Report 2012 29 http://cleantechnica.com/2013/03/07/modec-unveils-sqwid-offshore-windcurrent-ocean-energy-platform/ 30 http://newswatch.nationalgeographic.com/2013/07/31/getting-charged-upabout-blue-power/ 31 http://www.wwindea.org/home/index.php?option=com_content&task=view&id =387&Itemid=43 32 http://www.4coffshore.com/windfarms/windspeeds.aspx 33 http://www.4coffshore.com/windfarms/bac-lieu-province-wind-power-plant -phase-i-vietnam-vn01.html Trần Thị Bé 76 K19 Cao học môi trường