Đánh giá tiềm năng năng lượng gió của tỉnh thanh hóa và khả năng hòa lưới điện quốc gia

Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới tác giả cơng trình nghiên cứu, tác giả tài liệu nghiên cứu mà tơi trích dẫn tham khảo để hoàn thành luận văn Trong trình thực luận văn, tơi vơ cảm ơn hƣớng dẫn giúp đỡ tận tình PGS.TS Nguyễn Lân Tráng – Giảng viên môn Hệ thống điện Trƣờng đại học Bách Khoa Hà Nội, nhƣ cán Viện Năng Lƣợng Và xin chân thành cảm ơn tất thầy cô giảng dạy giúp đỡ tơi q trình học tập vừa qua HV: Nguyễn Hoàng Sơn KTĐ2009 Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Đánh giá tiềm năng lƣợng gió tỉnh Thanh Hóa khả hịa lƣới điện quốc gia” cơng trình nghiên cứu thân Các số liệu, kết trình bày luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố luận văn trƣớc Tác giả Nguyễn Hoàng Sơn HV: Nguyễn Hoàng Sơn KTĐ2009 Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt STT Chữ viết tắt Tên đầy đủ NMĐ Nhà máy điện EVN Tập đoàn điện lực Việt Nam WB CDM CERs Chứng nhận giảm phát thải WEnEngineers NPV Net present value Giá trị IRR Internal rate of return Suất thu lợi nội O&M Operation and maintenance Vận hành bảo dƣỡng HV: Nguyễn Hoàng Sơn World Bank Ngân hàng giới Clean Development Mechanism Cơ chế phát triển KTĐ2009 Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học Danh mục bảng Bảng 1.1: Thông số thị đầu tƣ 17 Bảng 1.2: Tổng công suất lắp đặt, lắp đặt thêm hàng năm giới 20 Bảng 1.3: Tổng cơng suất lắp đặt điện gió giới 2000-2007 21 Bảng 1.4: Công suất lắp đặt thêm điện gió năm 2007 10 nƣớc đứng đầu 21 Bảng 1.5: Khí thải CO2 từ nhà máy phát điện nhiên liệu hóa thạch 27 Bảng 2.1: Tiềm năng lƣợng gió Việt Nam 65m 42 Bảng 2.2: Tỉ lệ dân số nơng thơn vùng cấp nguồn tua bin gió cỡ nhỏ 42 Bảng 2.3: Diện tích có Tiềm gió tỉnh vùng duyên hải miền Bắc 44 Bảng 2.4 : Tốc độ gió trung bình tháng năm số trạm khí tƣợng thủy văn tỉnh Thanh Hóa 47 Bảng 2.5: Trạm khí tƣợng số liệu tỉnh ven biển phía Bắc 48 Bảng 2.6: Số liệu tốc độ gió trung bình tháng, năm điểm đo (m/s) 55 Bảng 4.1: Đặc tính kỹ thuật tuabin FL MD 77-1500 hãng Fuhrlander 87 Bảng 4.2: So sánh vận tốc gió trung bình EVN Bản đồ gió giới 89 Bảng 4.3: Tổng hợp mức đầu tƣ dự án điện gió 92 Bảng 4.4: Các tiêu kinh tế tài dự án điện gió 94 Bảng 5.1: Ƣu nhƣợc điểm sử dụng điện tử công suất hệ thống điện gió 104 Bảng 5.2: Các tính cơng suất lớn khóa chuyển mạch 105 HV: Nguyễn Hoàng Sơn KTĐ2009 Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1.1 Biểu diễn tăng trƣởng đầu tƣ hàng năm 18 Hình 1.2: Cơng suất lƣợng tái tạo giới 18 Hình 1.3: Tổng cơng suất lắp đặt turbine gió phát điện giới 20 Hình 1.4: Suất đầu tƣ trung bình Đan Mạch (1982-2009) 25 Hình 1.5: Suất đầu tƣ trung bình Mỹ (1982-2009) 25 Hình 1.6: Khảo sát chi phí quy dẫn điện gió theo suất đầu tƣ, hệ số công suất 26 Hình 1.7: Khảo sát chi phí quy dẫn điện gió theo hệ số chiết khấu 26 Hình 2.1: Các cấp tốc độ gió vùng duyên hải phía Bắc Việt Nam độ cao 65m 43 Hình 2.2: Bản đồ phân vùng lƣợng gió khu vực phía Bắc 50 Hình 2.3: Hệ thống đo gió 52 Hình 2.4: Hình ảnh cột đo gió Móng Cái - Quảng Ninh 53 Hình 2.5: Hình ảnh lắp dựng cột đo gió Văn Lý - Nam Định 54 Hình 2.6: Ba cánh quạt khổng lồ, cánh dài 37,5m nặng 5,5 62 Hình 2.7: Các phận Tuabin gió 66 Hình 2.8: Một số hình ảnh lắp đặt tuabin gió 68 Hình 2.9: Tháp phong điện cao 85m, đƣờng kính chân cột trụ 4,2m, đƣờng kính quạt quay 77m, tổng trọng lƣợng “cối xay gió” phát điện 250 (chƣa kể trụ móng) 69 Hình 3.1: Giao diện khởi động phần mềm 72 Hình 3.2: Quá trình phân tích tiểu chuẩn bƣớc 74 Hình 3.3: Mơ hình lƣợng 75 Hình 3.4: Phân tích chi phí 76 Hình 3.5: Phân tích phát thải 77 Hình 3.6: Phân tích tài 78 Hình 3.7: Phân tích rủi ro 79 Hình 3.8: Dữ liệu sản phẩm 81 Hình 3.9: Dữ liệu thời tiết 82 Hình 3.10: Vị trí liệu khí hậu 83 Hình 3.11: Cơ sở liệu dự án 84 Hình 3.12: Bản đồ nguồn lƣợng 84 Hình 5.1: Tuabin gió roto lồng sóc 102 HV: Nguyễn Hoàng Sơn KTĐ2009 Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 5.2: Tuabin gió roto dây quấn khơng đồng 103 Hình 5.3: Tuabin gió roto dây quấn đồng 103 Hình 5.4: Tuabin gió roto lồng sóc dây quấn đồng 104 Hình 5.5: Các tự chuyển đổi cơng suất cho tuabin gió: 106 Hình 5.6: Bộ chuyển đổi tần số loại back-to-back 108 Hình 5.7: Kết nối điện gió vào lƣới điện 108 Hình 5.8: Máy phát điện khơng đồng với hệ thống phản hồi gấp đôi 109 Hình 5.9: Máy phát điện đồng đa cực 109 HV: Nguyễn Hoàng Sơn KTĐ2009 Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU CHƢƠNG 10 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG GIÓ VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG NĂNG LƢỢNG GIÓ TRÊN THẾ GIỚI 10 1.1 Lịch sử phát triển lƣợng gió 10 1.1.1 Sự khởi đầu lƣợng gió 10 1.1.2 Cối xay gió Phƣơng Tây 11 1.1.3 Vai trò hệ thống nhỏ 12 1.1.4 Sự phát triển kỷ 20 12 1.2 Khái quát lƣợng gió 13 1.2.1 Khái niệm lƣợng gió 13 1.2.2 Sự hình thành lƣợng gió 14 1.2.3 Vật lý học lƣợng gió 14 1.2.4 Sử dụng lƣợng gió 15 1.3 Tình hình phát triển, ứng dụng lƣợng gió giới Việt Nam 17 1.3.1 Tổng quan 17 1.3.2 Tình hình phát triển ứng dụng lƣợng gió giới 19 1.3.3 Tình hình phát triển ứng dụng lƣợng gió Việt Nam 22 1.4 Suất đầu tƣ dự án gió 24 1.5 Năng lƣợng gió mơi trƣờng 26 1.5.1 Những lợi ích mơi trƣờng 27 1.5.2 Sự cắt giảm khí CO2 tồn cầu 27 1.6 Một số học kinh nghiệm việc phát triển nguồn lƣợng gió nƣớc phát triển giới 28 1.6.1 Những chiến lƣợc ràng buộc hợp lý cho lƣợng tái tạo 28 1.6.2 Khả thu lợi ổn định xác định cho nhà đầu tƣ 30 1.6.3 Cải cách thị trƣờng điện 30 1.7 Ƣu nhƣợc điểm NMĐ chạy sức gió 33 1.7.1 Ƣu điểm 33 1.7.2 Nhƣợc điểm 34 CHƢƠNG 35 ĐÁNH GIÁ TIÊM NĂNG NĂNG LƢỢNG GIÓ CỦA TỈNH THANH HÓA 35 2.1 Phƣơng pháp đánh giá tiềm năng lƣợng gió 35 2.2 Sơ đặc điểm tự nhiên khu vực 40 2.2.1 Vị trí địa lý 40 2.2.2 Đặc điểm địa hình, địa chất 40 2.2.3 Đặc điểm khí hậu thời tiết 42 2.3 Đánh giá vùng gió tiềm 42 2.3.1 Đánh giá theo khảo sát World Bank (WB) 42 2.3.2 Đánh gíá theo số liệu ngành khí tƣợng thủy văn 45 HV: Nguyễn Hoàng Sơn KTĐ2009 Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học 2.4 Cơ chế hỗ trợ phát triển dự án điện gió 58 2.4.1 Trách nhiệm mua điện từ dự án điện gió 58 2.4.2 Ƣu đãi vốn đầu tƣ, thuế, phí 59 2.4.3 Ƣu đãi hạ tầng đất đai 60 2.4.4 Hỗ trợ giá điện dự án điện gió nối lƣới 60 2.4.5 Trách nhiệm Bộ, địa phƣơng dự án điện gió 60 2.5 Giải pháp công nghệ xây dựng nhà máy điện gió 61 2.5.1 Tổng quan phần thiết bị nhà máy điện gió 61 2.5.2 Giải pháp công nghệ xây dựng 65 CHƢƠNG 72 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PHÂN TÍCH DỰ ÁN NĂNG LƢỢNG SẠCH RETSCREEN 72 3.1 Thông tin mô tả chung 72 3.2 Phần mềm liệu 74 CHƢƠNG 85 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PHÂN TÍCH DỰ ÁN NĂNG LƢỢNG SẠCH RETSCREEN ĐỂ PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ TÀI CHÍNH, KỸ THUẬT CỦA DỰ ÁN PHONG ĐIỆN THANH HÓA 85 4.1 Chỉ tiêu kỹ thuật 85 4.1.1 Lựa chọn tuabin gió 85 4.1.2 Tính tốn sản lƣợng điện hàng năm 88 4.2 Chỉ tiêu kinh tế tài 90 4.2.1 Phƣơng pháp chung 90 4.2.2 Các liệu giả thiết ban đầu 91 4.2.3 Kết tính tốn 94 4.3 Phân tích rủi ro đầu tƣ phát triển nhà máy điện gió 95 4.4 Đánh giá hiệu kinh tế xã hội dự án phong điện Thanh Hóa 97 CHƢƠNG 100 HÒA ĐIỆN GIÓ VÀO LƢỚI ĐIỆN 100 5.1 Các loại tuabin gió thiết bị điện tử công suất kèm 100 5.1.1 Phân loại tuabin gió theo dải tốc độ hoạt động 100 5.1.2 Khái niệm điều khiển công suất 101 5.1.3 Hiện trạng máy phát điện tuabin gió điện đại 102 5.1.4 Thiết bị điện tử công suất đại 104 5.1.5 Ứng dụng điện tử công suất 107 5.2 Hịa điện gió vào lƣới điện 108 KẾT LUẬN 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 PHỤ LỤC 114 Hiệu tài dự án phong điện Thanh Hóa 114 HV: Nguyễn Hoàng Sơn KTĐ2009 Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học MỞ ĐẦU Trong khoảng hai thập kỷ gần đây, tiêu thụ lƣợng giới tăng với tốc độ trung bình khoảng 2% năm Việc sử dụng dạng lƣợng hóa thạch nhƣ than, dầu khí tự nhiên chiếm tỷ lệ áp đảo ( khoảng gần 80% ) tổng tiêu thụ lƣợng sơ cấp phần lớn quốc gia Trong tƣơng lai, xu tiêu thụ lƣợng hóa thạch đƣợc coi không bền vững, nguồn cung cấp có hạn, giá nhiên liệu gia tăng hậu tác động đến môi trƣờng nhƣ nóng lên trái đất, biến đổi khí hậu, nhiễm môi trƣờng tƣợng mƣa axit … Trong bối cảnh đó, vai trị tầm quan trọng lƣợng tái tạo tƣơng lai ngày đƣợc khẳng định, nhiều nƣớc giới đƣa biện pháp sách đồng nhằm nghiên cứu, thúc đẩy phát triển bền vững nguồn cung cấp lƣợng tái tạo, góp phần đảm bảo an ninh lƣợng, đảm bảo phát triển bền vững quốc Nhận thức đƣợc tầm quan trọng vấn đề an ninh lƣợng phát triển bền vững, Việt Nam có quan điểm khuyến khích sử dụng lƣợng hiệu phát triển nguồn lƣợng tái tạo vấn đề cấp bách cần thiết Đề tài tốt nghiệp “ Đánh giá tiềm năng lƣợng gió tỉnh Thanh Hóa khả hòa lƣới điện quốc gia” đƣợc nghiên cứu với mục đích góp phần vào chiến lƣợc phát triển lƣợng chung vùng nƣớc Bằng việc ứng dụng phần mềm RETScreen đề tài khẳng định tính khả thi cho dự án điện gió quy mơ cơng nghiệp số vị trí có tiềm năng lƣợng gió tỉnh miền Bắc nói chung tỉnh Thanh Hóa nói riêng Đây lĩnh vực tƣơng đối Việt Nam tài liệu hạn chế số liệu cụ thể chƣa thật đầy đủ, có khai thác số liệu từ nguồn khác Vì luận văn tơi khơng tránh khỏi nhƣng thiếu sót định Tơi mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy cô, bạn bè đồng nghiệp để luận văn đƣợc hồn chỉnh có ý nghĩa HV: Nguyễn Hoàng Sơn KTĐ2009 Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG GIÓ VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG NĂNG LƢỢNG GIÓ TRÊN THẾ GIỚI 1.1 Lịch sử phát triển lƣợng gió 1.1.1 Sự khởi đầu lƣợng gió Lịch sử phát triển lƣợng gió từ năm 1000 trƣớc cơng ngun đến năm 1300 sau cơng ngun cho thấy tiến hóa chung từ việc sử dụng thiết bị đơn giản nhƣ là: thiết bị ánh sáng điều khiển khí động học, thiết bị tời thiết bị nâng khí động học thời kỳ đại Nhƣng giai đoạn này, ngƣời ta khơng hình dung đƣợc lực nâng khí động học (lực mà làm máy bay bay) khái niệm đại mà khái niệm không đƣợc biết thời kỳ cổ đại Dĩ nhiên, sử dụng lƣợng gió đƣợc biết sớm thuyền buồm cơng nghệ có tác động quan trọng đến phát triển sau cối xay gió kiểu cánh buồm Những thủy thủ thời xƣa hiểu lực nâng sử dụng ngày, họ khơng có khái niệm vật lý để giải thích làm việc đƣợc Cối xay gió đƣợc phát triển để tự động hóa cơng việc bơm nƣớc xay ngũ cốc thiết kế đƣợc đƣợc biết sớm hệ thống trục đứng phát triển Ba Tƣ vào khoảng năm 500 đến năm 900 sau công nguyên Việc sử dụng lƣợng gió dƣờng nhƣ bơm nƣớc, nhƣng phƣơng pháp xác vận chuyển nƣớc khơng biết khơng có vẽ thiết kế cịn lại mà có giải thích truyền miệng Tài liệu thiết kế đƣợc biết cối xay gió Ba Tƣ (Persian windmill), với cánh buồm thẳng đứng đƣợc làm từ bó sậy gỗ gắn liền tới trục quay thẳng đứng trung tâm giằng nằm ngang Cối xay gió trục đứng đƣợc sử dụng Trung Quốc, mà đƣợc nhƣ nơi sinh cối xay gió Trong ngƣời ta tin cối xay gió đƣợc phát minh Trung Quốc cách 2000 đƣợc sử dụng rộng rãi xác, tài liệu thực tế sớm cối xay gió Trung Quốc năm 1219 HV: Nguyễn Hoàng Sơn 10 KTĐ2009 Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học PHỤ LỤC Hiệu tài dự án phong điện Thanh Hóa Trƣờng hợp 1: Lắp đặt tuabin gió độ cao 65m, tốc độ gió V tb = 5,82 m/s HV: Nguyễn Hoàng Sơn 114 KTĐ2009 Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học Trƣờng hợp 2: Lắp đặt tuabin gió độ cao 85m, tốc độ gió Vtb = 6,32 m/s HV: Nguyễn Hoàng Sơn 115 KTĐ2009 ... dự án Gió phát điện Bình Định  Các dự án điện gió tỉnh Ninh Thuận  Các dự án điện gió tỉnh Bình Thuận  Các dự án điện gió tỉnh Lâm Đồng  Các dự án điện gió Lý Sơn  Các dự án điện gió Phú... Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ TIÊM NĂNG NĂNG LƢỢNG GIÓ CỦA TỈNH THANH HÓA 2.1 Phƣơng pháp đánh giá tiềm năng lƣợng gió Một dự án lƣợng gió phải đƣợc số liệu điều tra đƣợc tiến... gió 33 1.7.1 Ƣu điểm 33 1.7.2 Nhƣợc điểm 34 CHƢƠNG 35 ĐÁNH GIÁ TIÊM NĂNG NĂNG LƢỢNG GIÓ CỦA TỈNH THANH HÓA 35 2.1 Phƣơng pháp đánh giá tiềm năng