Tiềm năng điện gió

6. Những đóng góp của lu nán ậ

1.2.1. Tiềm năng điện gió

Với chiều dài bờ biển hơn 3.000 km, Việt Nam được đánh giá là đất nước có tiềm năng điện gió rất lớn. Bảng 1.1 tổng hợp tiềm năng khai thác năng lượng gió ở độ cao 65m tại 4 quốc gia Đông Nam Á [85].

Bảng 1.1 cho thấy Việt Nam có tới 8,6% diện tích lãnh thổ được đánh giá có tiềm năng gió từ “tốt” đến “rất tốt” để xây dựng các trạm điện gió cỡ lớn, trong khi diện tích này của Lào là 2,9%, Thái Lan và Campuchia cùng là 0,2%. Cũng theo kết quả nghiên cứu này, ổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360MW, lớn t hơn 200 lần công suất của Nhà máy Thủy điện Sơn La, gấp khoảng 20 lần so với tổng công suất đặt của tất cả các nguồn điện Việt Nam hiện nay (khoảng 25.000MW). Tuy nhiên, để chuyển từ tiềm năng lý thuyết thành tiềm năng có thể khai thác đến tiềm năng kỹ thuật và cuối cùng thành tiềm năng kinh tế vẫn là cả một câu chuyện dài, cần được tiếp tục xem xét một cách thấu đáo để khai thác có hiệu quả tiềm năng to lớn điện gió ở Việt Nam.

11

[85] Tiềm năng khai thác năng lượng gió tại 4 quốc gia Đông Nam Á

Quốc gia Thông số khai thác điện gió

Tiềm năng gió ở độ cao 65m ở tốc độ gió Vừa (6-7m/s) Tốt (7-8m/s) Rất tốt (8-9m/s) Đặc biệt tốt ( > 9m/s) Campuchia - Có thể khai thác (km2) - % diện tích quốc gia - Tiềm năng (MW) 6155 3,4% 24620 315 0,2% 1260 30 ≈ 0,0% 120 0 ≈ 0,0% 0 Lào - Có thể khai thác (km2) - % diện tích quốc gia - Tiềm năng (MW) 38787 16,9% 155148 6070 2,6% 24280 671 0,3% 2684 35 ≈ 0,0% 140 Thái Lan - Có thể khai thác (km2) - % diện tích quốc gia - Tiềm năng (MW) 37337 7,2% 149348 748 0,2% 2992 13 ≈ 0,0% 52 0 0,0% 0 Việt Nam - Có thể khai thác (km2) - % diện tích quốc gia - Tiềm năng (MW) 100361 30,8% 401444 25679 7,9% 102716 2187 0,7% 8748 113 ≈ 0,0% 452

1.2.2. Các d ự án điện gió hi n nay ệ

Tính đến tháng 5/2013, có trên 50 dự án điện gió đã được đăng ký trên lãnh thổ Việt Nam, tập trung chủ yếu ở các tỉnh miền Trung và Nam Bộ, với tổng công suất đăng ký trên 5000MW, quy mô công suất của các dự án từ 6MW đến 250MW [5]. Tuy nhiên, do suất đầu tư của dự án điện gió vẫn còn khá cao, trong khi giá mua điện gió là khá thấp 1.614 đồng/kWh (tương đương khoảng 7,8 UScents/kWh), cao hơn 310 đồng/kWh so với mức giá điện bình quân hiện nay là 1.304 đồng/kWh, được xem là chưa hấp dẫn các nhà đầu tư điện gió trong và ngoài nước [9]. Do vậy đến thời điểm này mới chỉ 3 dự án điện gió bước đầu đi vào hoạt động, đó là:

- Dự án ở xã Bình Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận (Hình 1.7) đã hoàn thành giai đoạn , với công suất lắp đặt 30MW (20WTx1,5MW). Chủ đầu tư dự án là I Công ty Cổ phần Năng lượng Tái tạo Việt Nam (Vietnam Renewable Energy Joint Stock Company - REVN). Các thiết bị WT sử dụng của Công ty Fuhrlaender, Đức. Dự án chính thức được nối lên lưới điện quốc gia vào tháng 3 năm 2011. Theo kế hoạch, giai đoạn 2 của dự án chuẩn bị khởi công xây dựng và lắp đặt thêm 60WT nữa, nâng tổng công suất của toàn bộ Nhà máy điện gió Tuy Phong lên 120MW (80WTx1,5MW).

12

7. WF Tuy Phong, Bình Thu n [11] ậ

- Dự án điện gió ghép lai với máy phát điện diesel trên đảo Phú Quý, tỉnh Bình Thuận có tổng công suất là 6MW (3WTx2MW) khánh thành ngày 24/01/2013 (Hình 1.8). Dự án này do Tổng Công ty Điện lực Dầu khí, thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (Petro Vietnam) làm chủ đầu tư, sử dụng các WT của hãng Vestas, Đan Mạch.

8. WF t i huyạ ện đảo Phú Quý, Bình Thu n [10] ậ

- Dự án điện gió trên biển đầu tiên của Việt Nam tại tỉnh Bạc Liêu đã hoàn thành giai đoạn với I WT thứ 10 lắp đặt thành công vào chiều ngày 2/10/2012 (Hình 1.9 [11] ) có tổng công suất 16MW (10WTx1,6MW) Giai đoạn II của dự án sẽ xây lắp tiếp 52WT . gió còn lại chính thức khởi công từ tháng 11/2013. Sau khi hoàn thành, nhà máy điện gió Bạc Liêu sẽ có 62WT với tổng công suất 99,2MW, điện năng sản xuất ra hàng nă khoảng 320 triệu kWh. Toàn bộ hà máy điện gió này được đặt dọc theo đê biển m n

13

Đông, kéo dài từ phường Nhà Mát đến ranh giới tỉnh Sóc Trăng, chiếm tổng diện tích gần 500ha. Dự án do công ty TNHH Thương mại và Dịch vụ Công Lý làm chủ đầu tư, sử dụng các WT của hãng General Electric GE, Mỹ.-

1.9. WF trên bi n B c Liêu [11] ể ở ạ

Ngoài 3 dự án điện gió kể trên, còn có một số dự án khác đã và đang được xúc tiến triển khai xây dựng như1:

Dự án điện gió Tây Nguyên tại xã Đliê Yang, huyện Ea H’leo (Đắk Lắk) được - khởi công vào ngày 6/3/2015. Dự án này do Công ty Giải pháp năng lượng gió HBRE (HBRE Wind Power Solution) làm chủ đầu tư với tổng công suất thiết kế là 120MW được chia làm 3 giai đoạn. Dự kiến, giai đoạn I sẽ hoàn thành và hòa vào điện lưới quốc gia vào năm 2016, với công suất là 28MW và đến năm 2020 sẽ hoàn thành toàn bộ các giai đoạn.

Dự án đầu tư giai đoạn I của nhà máy điện gió Phú Lạc tại huyện Tuy Phong, Bình Thuận dự kiến khởi công vào ngày 21/7/2015 do Công ty Cổ phần Phong điện Bình Thuận làm chủ đầu tư. ong Tr giai đoạn I, nhà máy điện gió này được thiết kế gồm 12WT với tổng công suất 24MW, dự kiến hoàn thành vào cuối năm 2016.

Dự án đầu tư giai đoạn I nhà máy điện gió thuộc 2 xã Trường Long Hòa và Dân Thành, huyện Duyên Hải, tỉnh Trà Vinh gồm 24WT, tổng công suất 48MW dự kiến khởi công vào tháng 9/2015 và đưa vào khai thác vào tháng 9 năm 2017. Dự án do Công ty xây dựng Woojin Hàn Quốc làm chủ đầu tư.

14

1.2.3. Chiến lược thúc đẩy phát triển điện gió

Để tiếp tục thúc đẩy phát triển các nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng gió, gày 21 tháng 7 năm 2011, Chính phủ đã chính thức phê duyệt Quy hoạch n phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 2020 có xét đến 2030 (Quy hoạch điện - VII) [3]. Trong đó chỉ rõ, sẽ ưu tiên phát triển nguồn năng lượng tái tạo cho sản xuất điện, tăng tỷ lệ điện năng sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo so với tổng điện năng huy động của tất cả các nguồn năng lượng từ mức 2% năm 2010 lên 4,5% vào năm 2020 và 6,0% vào năm 2030. Theo đó, tổng công suất điện gió từ mức không đáng kể hiện nay lên mốc 1.000MW vào năm 2020 và mức 6.200MW vào năm 2030 tức điện , năng sản xuất từ nguồn điện gió sẽ chiếm tỷ trọng từ 0,7% năm 2020 lên 2,4% vào năm 2030.

Bên cạnh đó, Chính phủ cũng đã ban hành Quyết định 37/2011/QĐ TTg “Về cơ - chế hỗ trợ phát triển các dự án điện gió tại Việt Nam” [4]. Hy vọng, đây là động lực rất lớn cho sự phát triển của nguồn điện gió tại Việt Nam.

1.3. CÔNG NGH Ệ ĐIỆN GIÓ

1.3.1. Cấu tạo c a WT ủ

WT có nhi u hình dáng khề ác nhau, nhưng ến u phân lo theo c u hình tr c quay ại ấ ụ

c a cánh thì g m hai ủ ồ loại [6] [76] tua bin gió là trục đứng (Vertical Axis Wind Turbines - VAWT) và tua bin gió trục ngang (Horizontal Axis Wind Turbines - HAWT). Hai loại WT này được trình bày lần lượt trên hình 1.10a và 1.10b.

Hình 1.10. Phân lo i WT [6] ạ a) WT trục đứng và b) WT trục ngang

15

Hơn 90% các WT thương mại công suất lớn đang được sử dụng trên thế giới hiện nay có thiết kế dạng trục ngang HAWT [76]. Sở dĩ loại HAWT chiếm lĩnh trên thị trường điện gió là bởi sự sắp xếp của các cánh cho phép tua bin luôn luôn tương tác đầy đủ với gió, cải thiện được công suất phát hiệu suất cao hơn nhiều so với loại - trục đứng VAWT. Mặt khác, loại HAWT dễ dàng thiết kế cho phép gập cánh lại khi tốc độ gió quá cao (khi có bão) để đảm bảo an toàn và dễ dàng thực hiện các giải pháp điều khiển tối ưu hơn so với loại VAWT. Vì thế, từ đây trở về sau thuật ngữ “WT” trong phạm vi luận án này dùng để chỉ loại WT trục ngang (HAWT).

Cấu tạo của loại WT trục ngang được trình bày trên hình 1.11 [39] và đặc điểm cơ bản của một số phần tử chính được trình bày dưới đây.

Hình 1.11. C u t o c a ấ ạ ủ WT loại tr c ngang (HAWT) [39] ụ

a. Cánh: Cánh ủc a WT có th ể được ế ạch t o b ng nhi u lo i v t li u khác nhau, t ằ ề ạ ậ ệ ừ sợi carbon composite hoặ nhc ựa polyester gia cường b ng s i th y tinh GRP (Glass ằ ợ ủ

16

fiber Reinforced Polyester). H u hầ ết các cánh c a WT ủ công suất ớn ệ l hi n nay s d ng ử ụ vật liệu GRP v c t kim loới ố ại như trình bày trên hình 1.12 [6].

Diện tích quét gió ph thu c vào b m t và chi u dài cánh, vì th s lư ng cánh ụ ộ ề ặ ề ế ố ợ không ph i là y u t ả ế ố quyết định hoàn toàn công su t c a WT. Trong th c t , chúng ta ấ ủ ự ế có thể gặp WT ạlo i m t, hai, ba ho c nhiộ ặ ều cánh. Tuy nhiên, trên phương diện kinh t ế và khí động l c h c, s cánh c a WT càng ít thì hi u qu kinh t ự ọ ố ủ ệ ả ế càng cao nhưng trên phương diện cơ khí thì số cánh càng ít, khi quay nhanh s ẽ càng mất cân b ng. Lo i ằ ạ WT có m t cánh khi hoộ ạt động, s phân b l c c a cánh vào tr c và thân tr không ự ố ự ủ ụ ụ đều gây rung và phát ti ng n cao, tu i th th p. Lo i WT hai cánh có hi u su t cao ế ồ ổ ọ ấ ạ ệ ấ hơn loại WT m t cánh kho ng 10% [6]ộ ả , nhưng khi hoạt động cũng gặp v n ấ đề tương t ự như đố ới v i lo i WT m t cánh. Lo i WT ba cánh nh s phân b u l c trong di n ạ ộ ạ ờ ự ố đề ự ệ tích vùng quay nên giảm được rung và ti ng n khi hoế ồ ạt động, tu i th và công suổ ọ ất c i thi n 3-4% so v i lo i WT hai cánh. Vì th trong nhả ệ ớ ạ ế ững năm gần đây, loại WT ba cánh đã dần thay th ế loại WT m t và hai cánh. Vi c s d ng WT có b n cánh hoộ ệ ử ụ ố ặc nhiều hơn chỉ ả c i thiện được công su t t ấ ừ 1 đến 2% so v i WT ba cánh [6], nên n u so ớ ế sánh chi phí đầu tư và lắp đặt cánh v i chi phí c i thi n công su t mang l i thì hi u ớ ả ệ ấ ạ ệ qu kinh t không cao. ả ế

Hình 1.12. C u t o c a cánh WT [6] ấ ạ ủ

b. : Máy phát điện (MPĐ) có nhiệm vụ biến đổi cơ năng từ gió trên trục rotor thành điện năng. Có thể chia máy phát điện WT gió làm 2 loại kết cấu chính, đó

17

Loại không có hộp số có ưu điểm chính là tua bin truyền động trực tiếp (direct- drive generator), giảm tổn hao và giảm khối lượng do hộp số gây nên. Tuy nhiên, để khai thác gió yếu (tốc độ quay chậm) máy phát phải có số đôi cực nhiều khiến cho máy phát thường có đường kính lớn và chiều dài thân ngắn. Đây là nhược điểm gây khó khăn cho việc thiết kế dạng khí động học của thùng. Hiện tại còn rất ít nhà sản xuất máy phát công suất lớn sử dụng nguyên lý này.

Loại có hộp số cho phép dễ dàng nâng tốc độ quay chậm (khi gió yếu) lên tốc độ quay thích hợp của máy phát. Nhờ đó máy phát thường có số đôi cực ít (thường là 1

hoặc 2 đôi cực), kích thước máy phát nhỏ; dễ dàng thiết kế, chế tạo thùng chứa (nacelle) đặt trên cao với dạng khí động học thuận lợi. Hầu hết các WT công suất lớn ngày nay thuộc loại này. Vì thế, đối tượng nghiên cứu của luận án này là các WT công suất lớn loại có hộp số.

Hiện nay người ta sử dụng một trong ba loại MPĐ gió sau:

- M PĐ hông đồ k ng b rotor l ng sóc quirrel Cộ ồ (S age Induction Generator - SCIG). - M PĐ không đồng b ngu n kép (Doubly Fộ ồ ed Induction Generator DFIG). -

- M PĐ đồng b kích thích t ộ ừ trường vĩnh cử (Pu ermanent Magnet Synchronous Generator - PMSG).

c : Hộp số có nhiệm vụ chuyển đổi tốc độ quay thấp của trục chính WT gắn với các cánh sang trục rotor máy phát làm việc ở tốc độ cao. Về cơ bản hộp số có hai

bánh răng: bánh răng lớn trên trục chính gắn với các cánh quay ở tốc độ thấp (30 đến 60 vòng/phút) khớp với bánh răng nhỏ trên trục rotor đảm bảo rotor máy phát làm việc đạt tốc độ cao (1200 đến 1500 vòng/phút) để phát điện.

d. Máy : Mỗi WT công suất lớn thường có một máy biến áp (MBA) tăng áp làm nhiệm vụ nâng điện áp thấp (thường là 0,69kV) tại đầu cực MPĐ lên cấp trung áp (thường 22kV) của WF MBA của mỗi WT có thể được đặt trong thùng trên cột trụ . (gần với MPĐ hoặc cũng có thể được đặt phía dưới chân cột trụ.)

e. Thùng: Thùng của WT được đặt trên hệ thống giá đỡ gắn với cột trụ dùng để chứa , và bảo vệ toàn bộ các phần tử bên trong như: rục chính, hộp số, trục rotor, máy phát t điện, phanh. Ngoài ra, trên thân thùng (phía bên ngoài) có gắn bộ đo tốc độ gió, bộ cảm nhận hướng gió và đầu thu sét.

18

f. : Cột trụ dùng để đỡ cánh, thùng và các phần tử chính của WT ở độ cao mong muốn và thường sử dụng loại cột thép rỗng hình trụ ống Để thuận tiện trong . quá trình vận chuyển từ nhà máy tới công trình, ống thép thường được thiết kế chế tạo với các kích cỡ khác nhau dài từ 10 đến 20m sau đó được lắp thành cột trụ với độ cao phù hợp tại nơi xây dựng.

1.3.2. K t nế ối hệthống điện gió

a. Tua bin gió (WT)

Sơ đồ kết nối WT với lưới điện theo các MPĐ được trình b y dưới đâyà [7][8] : - WT s d ng ử ụ MPĐ không đồng b rotor l ng sóc (SCIG) k t n i vộ ồ ế ố ới lưới (grid)

nh ờ thiế ị ến đổt b bi i điện t ử công suất ới sơ đồ nguyên lý như trên hình 1.13. v

Hình 1.13. Sơ đồ nguyên lý k t nế ối lướ ủi c a WT s d ng lo i máy phát SCIG ử ụ ạ

WT sử dụng MPĐ loại SCIG này, khi phát công suất tác dụng lên lưới cần tiêu thụ một lượng công suất phản kháng của lưới để tạo ra từ trường quay, làm lượng công suất phản kháng truyền tải trong lưới điện tăng lên, dẫn đến hệ số công suất của lưới điện giảm. Do đó ở giữa máy phát SCIG và lưới điện phải lắp thêm bộ tụ bù công suất phản kháng.

- WT s dử ụng MPĐ không đồng b ngu n kép (DFIG) k t n i vộ ồ ế ố ới lưới theo sơ đồ hình 1.14. Dòng năng lượng khai thác t ừ gió đượ ấc l y qua tua bin tới stator, sau đó chuy n tr c tiể ự ếp lên lưới. Việc điều khiển dòng năng lượng đó được th c hi n gián ự ệ tiếp nh b nghờ ộ ịch lưu nằm ở phía mạch điện rotor.

19

Hình 1.14. Sơ đồ nguyên lý k t nế ối lướ ủi c a WT s d ng lo i máy phát DFIG ử ụ ạ

- WT s d ng ử ụ MPĐ đồng b kích thích t ộ ừ trường vĩnh cửu (PMSG) được k t nế ối với lưới qua b biộ ến đổi điện t công suử ất nằm xen giữa stator và lưới (Hình 1.1 ). 5

Hình 1.15. Sơ đồ nguyên lý k t nế ối lướ ủi c a WT s d ng lo i máy phát PMSG ử ụ ạ

Năng lượng gió thông qua máy phát điện PMSG chuyển thành dòng điện xoay chiều trong cuộn dây stator có trị số và tần số thay đổi sẽ được đưa vào bộ biến đổi công suất. Tại đây, nó được chỉnh lưu thành dòng điện một chiều qua bộ biến đổi