PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. 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.
3.2. Phương pháp nghiên cứu
3.2.1. 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.
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:
V z V1=
ln(ZoZz)
ln(ZZo1)
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.
3.2.2. Phương pháp tính toán mật độ năng lượng gió
Năng lượng tức thời của luồng gió có vận tốc V trên diện tích S được đặt thẳng góc với luồng gió chính là động năng của khối không khí và được tính bằng công thức sau:
E=12mv2
Trong đó:
- E: năng lượng tức thời của khối không khí trên diện tích S, (đơn vị: J/m2 /s) - V: vận tốc của luồng gió (đơn vị:m/s)
- m: khối lượng các phân tử không khí qua diện tích S trong 1 đơn vị thời gian, (đơn vị: kg/m2 /s).
Nếu S là đơn vị diện tích thì khối lượng các phân tử không khí đập trên S trong một giây sẽ là : m = ρV (2.4)
Với : ρ (kg/m3 ) là khối lượng riêng (mật độ) của khối khí Như vậy : E = 1/2ρV3 (2.5)
3.2.3.Phương pháp đánh giá tiềm năng năng lượng gió
Việc sử dụng các phân cấp trong các Atlas gió hiện nay không giống nhau giữa các nước, các tác giả do quan niệm khác nhau, do các bản đồ được dùng có độ cao, thời kỳ không giống nhau. Trong tập bản đồ gió của Hoa Kỳ hiện nay, Cục Năng lượng Hoa Kỳ đã phân cấp năng lượng gió như sau:
Bảng 4: Phân cấp năng lượng gió của Cục Năng lượng Hoa Kỳ [4]Cấp năng Cấp năng
lượng gió Tốc độ gióĐộ cao 10m Độ cao 50m
(m/s) Mật độ nănglượng Tốc độ gió(m/s) Mật độ nănglượng
1 0 - 4,4 0 - 100 0 - 5,6 0 - 200 2 4,4 - 5,1 100 - 150 5,6 - 6,4 200 - 300 3 5,1 - 5,6 150 - 200 6,4 - 7,0 300 - 400 4 5,6 - 6,0 200 - 250 7,0 - 7,5 400 - 500 5 6,0 - 6,4 250 - 300 7,5 - 8,0 500 - 600 6 6,4 - 7,0 300 - 400 8,0 - 8,8 600 - 800 7 7,0 - 9,4 400 - 1000 8,8 - 11,9 800 - 2000 Dựa vào phân cấp trên, dự án “Năng lượng Gió và Bức xạ mặt trời” do UNEP chủ trì đã dắn việc đánh giá chất lượng của các lớp năng lượng như sau: lớp 1: nghèo, lớp 2 là lớp biên, lớp 3: trung bình, lớp 4: tốt, các lớp 5, 6, 7 là tuyệt vời. Hiện nay ở Mỹ người ta mới chỉ chú ý đến các vùng đạt từ lớp 4 trở lên.
Căn cứ vào kết quả tính toán tốc độ gió ở các độ cao khác nhau và mật độ năng lượng gió trung bình, có thể thấy được sự tương quan giữa tốc độ gió và mật độ năng
Ngoài ra, theo các tham khảo về phân cấp năng lượng gió đã trình bày như trên và các bản đồ năng lượng gió đã lập, trong Luận văn này cũng phân chia các cấp năng lượng gió dựa theo tốc độ gió và mật độ năng lượng gió (tại các độ cao 10m và 100m) nhằm tạo điều kiện dễ dàng hơn cho việc đánh giá và phân vùng tiềm năng năng lượng gió. Trong Bảng 15 là các giới hạn trung bình của giá trị mật độ năng lượng gió tương ứng với các khoảng tốc độ gió. Ngoài ra, có những địa điểm do có hệ số năng lượng mẫu K nhỏ hoặc lớn trội hơn hẳn so với những nơi khác nằm trong cùng khoảng tốc độ thì giá trị mật độ năng lượng nằm ngoài giới hạn trên.