3. Nội dung nghiên cứu
1.4. Tổng quan về khu vực nghiên cứu
1.4.1. Đặc điểm chung
Phạm vi nghiên cứu của luận văn là năng lượng gió ở vùng biển ven bờ và một số hòn đảo (chủ yếu là gần bờ) của Việt Nam. Diện tích vùng biển Việt Nam là hơn 1 triệu km2, trong đó có hơn 3.000 hịn đảo lớn, nhỏ và hai quần đảo lớn là Hoàng Sa và Trường Sa. Các đảo của ViệtNam được chia thành hệ thống các đảo ven bờ và hệ thống các đảo xa bờ. Hệ thống đảo ven bờ có khoảng 2.800 đảo, phân bố tập trung nhất ở vùng biển các tỉnh: Quảng Ninh, Hải Phịng, Khánh Hịa, Kiên Giang với tổng diện tích 1.720 km2, trong đó có 84 đảo có diện tích trên 1 km2, 24 đảo có diện tích trên 10 km2, 66 đảo có dân sinh sống với tổng số dân khoảng 200.000 người.
Việt Nam có 28 tỉnh tiếp giáp với biển (Hình 5), bao gồm 116 huyện giáp biển và 12 huyện đảo (Cô Tô, Vân Đồn, Bạch Long Vĩ, Cát Hải, Cồn Cỏ, Hoàng Sa, Lý Sơn, Trường Sa, Phú Qúy, Cơn Đảo, Kiên Hải, Phú Quốc).
Địa hình đáy biển nước ta khá phức tạp, có thể chia thành 4 khu vực chính: vịnh Bắc Bộ với độ sâu lớn nhất khoảng 90m, biển miền Trung với độ sâu lớn nhất khoảng 2.000m, biển miền Đông Nam Bộ với độ sâu lớn nhất khoảng 100m và vịnh Thái Lan với độ sâu lớn nhất khoảng 80m. Thềm lục địa Biển Đơng chiếm 50% diện tích, phân bố ở độ sâu nhỏ hơn 200m. Ở đây thường tồn tại các bồn trầm tích liên quan với các bể chứa dầu khí, tích tụ sa khống và là điểm quần tụ của các lồi hải sản có giá trị, do đó ở đây có các hoạt động kinh tế diễn ra rất sơi động.
Hình 5: Bản đồ các tỉnh, thành phố ven biển Việt Nam [6]
1.4.2. Đặc điểm của chế độ gió
1.4.2.1. Hướng gió trên Biển Đông và biển ven bờ Việt Nam
Việt Nam nằm trong khu vực gió mùa Đơng Nam Á. Trong năm có hai mùa gió khác nhau về bản chất và có hướng thịnh hành trái chiều nhau. Vào thời kỳ lạnh các khối khơng khí có nguồn gốc tại Sibêri tràn xuống phía Nam, khi xâm nhập vào lãnh thổ nước ta gây ra gió mùa Đơng Bắc với hướng gió thịnh hành bắc - đơng bắc. Vào thời kỳ nóng, những khối khơng khí có nguồn gốc xích đạo từ phương nam thổi lên gây ra gió mùa Tây Nam với hướng gió thịnh hành là tây nam ở Nam Bộ và Nam Trung Bộ, sau khi vòng qua biển thổi tới Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ gió lệch sang hướng đông nam. Căn cứ vào tần suất xâm nhập của hai hệ thống hoàn lưu này vào các thời gian trong năm, có thể phân chia ra gió mùa đơng hay gió mùa Đơng Bắc (từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau), gió mùa hạ hay gió mùa Tây Nam (từ tháng 5 đến tháng 9).
Với cơ chế hồn lưu vừa nêu, trên Biển Đơng nói chung, ven biển và hải đảo Việt Nam nói riêng đã hình thành một chế độ gió có phân hóa mùa khá rõ rệt. Sự phân hóa đó trước hết được biểu hiện qua sự thay đổi của hướng gió thịnh hành. Trên Biển Đông tuy với hai hướng chủ đạo của gió mùa là Đơng Bắc về mùa đơng và Tây Nam về mùa hè song hướng gió thịnh hành thực tế trên các khu vực cịn có ảnh hưởng của địa hình và các hồn lưu địa phương. Trên khu vực vịnh Bắc Bộ hướng gió đơng bắc và đơng chiếm ưu thế tuyệt đối, các hướng gió nam và tây nam chỉ chiếm một phần nhỏ. Vào đến ven biển Trung Bộ hướng gió thịnh hành hàng năm chịu ảnh hưởng rất mạnh của địa hình dải bờ chạy theo hướng tây bắc -đông nam rồi chuyển dần qua hướng bắc - nam. Ở Nam Bộ hướng gió thịnh hành là tây nam với gió mùa Tây Nam hoạt động vào mùa hạ. Hướng gió thịnh hành trên các hịn đảo cũng tương tự như trên biển thể hiện qua hình sau:
Cơ Tơ Bạch Long Vĩ
Hịn Ngư Cồn Cỏ
Côn Đảo Phú Quốc
Các đảo ở khu vực Bắc Bộ có hướng gió thịnh hành là đơng bắc vì ở đây gió mùa Đơng Bắc chiếm ưu thế như các đảo Cô Tô, Bạch Long Vĩ. Các đảo ở Trung Bộ có hướng tây bắc - đông nam hoặc bắc - nam như các đảo Hòn Ngư (Nghệ An), Cồn Cỏ (Quảng Trị), Lý Sơn (Quảng Ngãi). Tới Phú Quý (Bình Thuận) chế độ gió ở đây thịnh hành với hai hướng là đơng bắc và tây nam. Ra khỏi ảnh hưởng của địa hình vùng bờ Trung Bộ, gió trên các đảo của vùng biển phía Nam có dạng chung của cơ chế gió mùa. Tuy nhiên những ảnh hưởng của địa hình khu vực cũng làm cho chúng khác nhau đáng kể. Ở Côn Đảo (Bà Rịa - Vũng Tàu) vẫn chịu ảnh hưởng của gió mùa Đơng Bắc nên có hướng chính là đông bắc. Đảo Phú Quốc (Kiên Giang) nằm xa về phía tây nam khuất sau đồng bằng Nam Bộ so với hướng gió đơng bắc và do các núi che chắn ở trên đảo nên hướng gió phân tán.
1.4.2.2. Tốc độ gió tầng thấp khu vực Biển Đơng
Với đặc tính các hồn lưu như trên, có thể thấy hồn lưu Đơng Bắc có vai trị quan trọng hơn. Gió mùa Tây Nam mặc dù khá mạnh song khi tới Biển Đông thường đã suy yếu hoặc do bị các khối núi trên bán đảo Đông Dương ngăn cản hoặc cũng đã vượt khá xa từ khu vực xích đạo chủ yếu ở phần tây Ấn Độ Dương nên khi tới nam Biển Đông đã suy yếu. Mặt khác các dịng gió này thường hình thành từng đợt mạnh xen kẽ những đợt gió yếu làm cho tốc độ gió trung bình cả tháng thấp không như mùa đơng.
Có thể thấy trên Biển Đơng nói chung và ven biển nước ta nói riêng hình thành 2 mùa gió khá rõ rệt. Mùa đơng có tốc độ gió lớn hơn ở vịnh Bắc Bộ, vùng biển Trung Bộ. Đối với vùng biển Nam Bộ gió thường yếu đi rõ rệt, với các đảo phía đơng thì tốc độ gió lớn hẳn vào gió mùa mùa đơng như ở Cơn Đảo, cịn với các đảo phía tây nam thì tốc độ gió lớn hơn trong mùa hạ hay gió mùa Tây Nam như ở Phú Quốc. Có thể đây là ảnh hưởng của địa hình khu vực địa phương quanh đảo. Trên các hải đảo phía đơng lãnh thổ, gió thổi rất mạnh. Tại các đảo phía nam do gần xích đạo gió thổi có tốc độ nhỏ hơn so với các đảo phía đơng.
Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. 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 hịn đảo ngồi khơi), được chia thành các khu vực sau:
- Vùng biển Bắc Bộ bao gồm 5 tỉnh: Quảng Ninh, Hải Phịng, 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 n, Khánh Hịa, 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: Cơ Tơ, Hịn Dấu, Hịn Ngư, Cồn Cỏ, Lý Sơn, Côn Đảo, Phú Quốc.
- Các đảo xa bờ bao gồm 2 đảo: Bạch Long Vĩ, Phú Quý.
Khu vực nghiên cứu và vị trí các trạm khí tượng dùng để khai thác số liệu về tốc độ gió thể hiện qua hình sau:
Hình 7: Khu vực nghiên cứu 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2. Phương pháp nghiên cứu
Một số phương pháp dùng để tính tốn tiềm năng lý thuyết năng lượng gió được sử dụng trong nghiên cứu của Luận văn này là:
2.2.1. Phương pháp tính tốn 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 khơng (có thể quan trắc được gió trên các độ cao) rất ít. Do đó, những nơi khơng 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.
Phân bố gió theo độ cao (thường gọi là profil gió) ở từng khu vực, từng thời điểm cụ thể phụ thuộc không chỉ vào độ gồ ghề của mặt đệm mà cả tầng kết nhiệt của khí quyển và một số yếu tố khác. Nếu chỉ dừng ở những đặc trưng trung bình dài ngày như trung bình tháng, năm…những ảnh hưởng của các đặc trưng môi trường tới profil gió nhỏ nên người ta thường chỉ để ý đến ảnh hưởng của độ nhám của lớp bề mặt. Khi đó quy luật biến đổi theo độ cao của tốc độ gió trong lớp gần mặt đất có thể biểu diễn theo 2 hàm cơ bản là logarit và lũy thừa. Người ta thường gọi là quy luật loga hay lũy thừa. Hiện nay, trên thế giới thường áp dụng 2 quy luật này để ước lượng gián tiếp profil gió theo độ cao. Tuy nhiên, theo nhiều tài liệu cho thấy, sử dụng hàm phân bố loga vừa tiện lợi vừa phù hợp khá tốt đối với tốc độ gió trong lớp khí quyển từ mặt đất đến độ cao khoảng 100m.
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 tn 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 cơng thức sau:
) z / z ln( ) z / z ln( V V 0 1 0 z 1 z = (2.1) Suy ra: ) / ln( ) / ln( . 0 1 0 1 z z z z V V z z = (2.2)
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. Ngồi 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.
2.2.1.1. Bộ số liệu về tốc độ gió dùng để tính tốn năng lượng gió
Số liệu gió quan trắc trên các trạm khí tượng bề mặt, phục vụ chủ yếu việc dự báo thời tiết và các nghiên cứu khí hậu, nên thường chưa đáp ứng được yêu cầu tính tốn các đặc trưng khí hậu gió phục vụ mục tiêu khai thác năng lượng gió do khoảng cách đo khá lớn (3 - 6 giờ), thiết bị đo thay đổi và thường là độ chính xác chưa cao, độ cao đặt máy đo thấp (10m)…Tuy nhiên, đây là các bộ số liệu đủ dài để phản ánh những biến động vốn có của chế độ gió mà khơng bộ số liệu khảo sát nào có thể có được. Nếu chỉ dựa vào số liệu đo một thời gian ngắn để đánh giá tiềm năng năng lượng gió sẽ khơng thể phản ánh được những đặc tính của nó gắn với những điều kiện địa phương, dẫn đến những đánh giá thiếu chính xác về nguồn năng lượng có thể khai thác cũng như những tính thất thường của nó.
Trên vùng lãnh hải của nước ta, hầu như chưa có trạm quan trắc khí tượng nào đặt trực tiếp trên bề mặt biển như ở nhiều nước. Có 4 trạm phao đo các yếu tố khí tượng hải văn do Na Uy tài trợ, đặt tại một số khu vực biển gần bờ thuộc các tỉnh Trung Bộ nhưng chỉ hoạt động được một ít ngày thì bị mất, hầu như chưa có số liệu thu thập được. Thay vào đó, chúng ta có các trạm khí tượng hải văn đặt trên các đảo nằm rải rác trên vùng biển dọc bờ từ Bắc vào Nam, đã hoạt động liên tục trong nhiều thập kỷ gần đây.
Do nguồn số liệu đo đạc về gió trên mặt biển chưa có và do hạn chế về nguồn kinh phí cũng như thời gian nghiên cứu có hạn nên trong Luận văn này, nguồn số liệu về gió dùng để tính tốn năng lượng gió được thu thập từ 45 trạm khí tượng bao gồm 36 trạm duyên hải và 9 trạm hải đảo, thời gian quan trắc là trong 10 năm (1995 - 2004). Các trạm này tiêu biểu cho vùng duyên hải và các đảo gần bờ thuộc lãnh thổ Việt Nam, trải dài từ Bắc xuống Nam. Nguồn số liệu này chủ yếu được thu thập từ các Báo cáo nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước, cấp Bộ đã được phê duyệt và nghiệm thu [3, 10]. Các trạm khí tượng dùng để khai thác số liệu về tốc độ gió tầng thấp (10m) sử dụng trong Luận văn này được nêu ở Bảng 8 sau đây:
Bảng 8: Danh sách các trạm khí tượng vùng duyên hải và hải đảo dùng để khai thác số liệu về tốc độ gió tầng thấp [3, 10] TT Tên trạm Tỉnh Vĩ độ Bắc (độ) Kinh độ Đông (độ) Độ cao (m) Số obs 1 Móng Cái Quảng Ninh 21,52 107,97 7 8 2 Tiên Yên 21,33 107,40 14 8 3 Cửa Ông 21,02 107,35 60 4 4 Cô Tô 20,98 107,77 70 4 5 Bãi Cháy 20,97 107,07 87 8 6 Phù Liễn Hải Phòng 20,80 106,63 113 8 7 Hòn Dấu 20,67 106,80 38 4 8 Bạch Long Vĩ 20,13 107,72 68 8 9 Thái Bình Thái Bình 20,42 106,38 3 4 10 Văn Lý Nam Định 20,12 106,30 3 4 11 Ninh Bình Ninh Bình 20,25 105,98 2 4 12 Sầm Sơn Thanh Hóa 19,75 105,90 2 4 13 Tĩnh Gia 19,45 105,78 5 4 14 Quỳnh Lưu Nghệ An 19,13 105,63 3 4 15 Hòn Ngư 18,80 105,77 113 4 16 Vinh 18,67 105,68 6 8 17 Hà Tĩnh Hà Tĩnh 18,35 105,90 3 8 18 Kỳ Anh 18,10 106,27 3 8 19 Ba Đồn Quảng Bình 17,75 106,42 8 4 20 Đồng Hới 17,47 106,62 7 8 21 Cồn Cỏ Quảng Trị 17,17 107,35 6 4 22 Đông Hà 16,83 107,10 4 4
23 Huế Thừa Thiên Huế 16,43 107,58 17 8
24 Đà Nẵng Đà Nẵng 16,07 108,35 6 8
25 Tam Kỳ Quảng Nam 15,57 108,47 5 4
26 Lý Sơn
Quảng Ngãi 15,38 109,15 12 4
TT Tên trạm Tỉnh Vĩ độ Bắc (độ) Kinh độ Đông (độ) Độ cao (m) Số obs 28 Hồi Nhơn Bình Định 14,52 109,03 6 4 29 Quy Nhơn 13,77 109,22 5 8
30 Tuy Hòa Phú Yên 13,08 109,28 11 8
31 Nha Trang Khánh Hòa 12,30 109,13 5 8 32 Cam Ranh 11,92 109,15 7 4 33 Phan Thiết Bình Thuận 10,93 108,10 9 8 34 Hàm Tân 10,68 107,75 5 4 35 Phú Qúy 10,52 108,93 5 8 36 Vũng Tàu Bà Rịa-Vũng Tàu 10,37 107,08 4 8 37 Côn Đảo 8,68 106,60 7 8
38 Mỹ Tho Tiền Giang 10,35 106,40 2 4
39 Ba Tri Bến Tre 10,05 106,60 12 4 40 Càng Long Trà Vinh 9,98 106,20 7 4 41 Sóc Trăng Sóc Trăng 9,60 105,97 3 4 42 Bạc Liêu Bạc Liêu 9,30 105,72 2 4 43 Cà Mau Cà Mau 9,18 105,15 3 8 44 Rạch Giá Kiên Giang 10,02 105,07 2 8 45 Phú Quốc 10,22 103,97 2 8
Nguồn số liệu về gió dùng để tính tốn năng lượng gió trong Luận văn này được thu thập từ 45 trạm khí tượng vùng duyên hải và hải đảo Việt Nam với khoảng thời gian quan trắc trong 10 năm (1995 - 2004). Vì độ lớn của năng lượng tỉ lệ thuận với tam thừa của tốc độ gió nên độ tin cậy của kết quả tính tốn phụ thuộc rất chặt chẽ vào độ chính xác của nguồn số liệu đo đạc. Do đó, việc hiệu chỉnh số liệu là rất quan trọng, điều này sẽ loại trừ được các sai số thô, sai số hệ thống, loại trừ