bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn viện khoa học thủy lợi báo cáo tổng kết chuyên đề Năng lợng gió thuộc đề tài kc 07.04: nghiên cứu, lựa chọn công nghệ và thiết bị để khai thác và sử dụng các loại năng lợng tái tạo trong chế biến nông, lâm, thủy sản, sinh hoạt nông thôn và bảo vệ môi trờng Chủ nhiệm đề tài: kS dơng thị thanh lơng 5817-13 16/5/2006 hà nội 5/2006 BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Trung tâm Nghiên cứu Thiết bò nhiệt và Năng lượng mới BÁO CÁO KHKT ĐỀ TÀI KC – 07 – 04 “Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và thiết bò để khai thác và sử dụng các loại năng lượng tái tạo trong chế biến nông – lâm – thủy sản, sinh hoạt và bảo vệ môi trường nông thôn” PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ Tp.HCM 12/2003 LỜI MỞ ĐẦU - 1 – BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE LỜI MỞ ĐẦU Việt Nam là một nước nông nghiệp với hơn 80% dân số đang sống và làm việc tại nông thôn. Trong đó khoảng 47% sống ở các đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long với tiềm năng đất đai, tài nguyên khoáng sản, rừng biển to lớn. Do đó nông thôn luôn luôn đóng vai trò quan trọng trong sự nghiệp phát triển kinh tế – xã hội của đất nước. Để thúc đẩy sự phát triển của các ngành kinh tế, nâng cao dân trí, giảm tỷ lệ gia tăng dân số…Nhà nước đã có nhiều chính sách về xây dựng và phát triển nông thôn – Một trong các chính sách lớn đó là chương trình điện khí hóa nông thôn và chương trình KHCN KC – 07 “ Công nghiệp hóa và hiện đại hóa nông thôn”. Theo dự báo về nhu cầu tiêu thụ điện ở nông thôn đến năm 2010 ( trong tổng sơ đồ phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn IV) đã dự kiến về cơ bản công cuộc điện khí hoá nông thôn sẽ hoàn thành vào năm 2010 với khoảng 70% số hộ nông thôn được sử dụng lưới điện quốc gia. Ngày 12/02/1999 Chính phủ đã ra quyết đònh số 22/1999 QĐTT phê duyệt đề án điện nông thôn đến năm 2000 với nguyên tắc chỉ đạo “…Việc đưa điện về nông thôn phải kết hợp giữa phát triển điện quốc gia và điện tại chỗ như : thủy điện nhỏ, điện gió, điện mặt trời, hầm khí biogas…Trên cơ sở phân tích tối ưu các chỉ thò và các yếu tố khác liên quan…”. Với những vùng nông thôn xa xôi hẻo lánh, những vùng miền núi hải đảo nơi có tiềm năng về năng lượng gió thì việc sử dụng các động cơ gió phát điện và bơm nước phục vụ cho sản xuất và đời sống là giải pháp tối ưu. Tuy LỜI MỞ ĐẦU - 2 – BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE nhiên vấn đề đặt ra là: làm thế nào để sử dụng một cách có hiệu quả nguồn năng lượng vô tận này? Đề tài nhánh phần Năng lượng Gió thuộc “Đề tài KC – 07 – 04” đã được thực hiện với mục tiêu : Xác đònh các giải pháp công nghệ và chế tạo các loại thiết bò Động cơ gió nhằm đáp ứng nhu cầu thò trường trong nước để khai thác và sử dụng có hiệu quả nguồn năng lượng gió phục vụ sản xuất và sinh hoạt cho các vùng nông thôn Việt Nam. Với mục tiêu này, đề tài nhánh phần “Năng lượng Gió” đã tiến hành việc phân tích một cách có hệ thống các yếu tố về tiềm năng gió, về nhu cầu năng lượng phục vụ sản xuất và đời sống của các vùng nông thôn Việt Nam cũng như trình độ công nghệ để tìm ra các vấn đề tồn tại trong thiết kế và công nghệ chế tạo nhằm đưa ra những mẫu thiết bò thích hợp có khả năng ứng dụng trong thực tế sản xuất và đời sống. Để nâng cao chất lượng công việc trong nghiên cứu, thiết kế đề tài đã tập hợp được một đội ngũ chuyên gia liên ngành như: điện – điện tử, công nghệ thông tin, công nghệ tự động hoá, công nghệ chế tạo máy và vật liệu mới… Trong quá trình nghiên cứu đề tài cũng tập trung nghiên cứu kỹ các tài liệu trong và ngoài nước, tiến hành lựa chọn một cách có chọn lọc những mẫu nghiên cứu phù hợp với điều kiện công nghệ và chế độ gió Việt Nam. Nội dung nghiên cứu và các công việc chính của đề tài : 1. Nghiên cứu các tài liệu kỹ thuật, phân tích mẫu mã của nước ngoài về động cơ gió phát điện và bơm nước để thực hiện việc nghiên cứu mẫu. 2. Nghiên cứu lý thuyết, tính toán thiết kế các cấu thành cơ bản của động cơ gió phát điện vận tốc chậm, động cơ gió phát điện quay nhanh, động LỜI MỞ ĐẦU - 3 – BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE cơ gió bơm nước cột áp cao, động cơ gió bơm nước cột áp thấp như: bánh xe gió, cơ cấu đònh hướng… 3. Nghiên cứu các giải pháp khoa học công nghệ. 4. Chế tạo lắp đặt thử nghiệm 04 hệ thống động cơ gió phát điện và bơm nước. 5. Hoàn thiện thiết kế và lập qui trình công nghệ chế tạo những sản phẩm trên. Các sản phẩm của đề tài là: 1. Động cơ gió bơm nước cột áp cao BP 350-12 • Đường kính bánh xe gió: D = 3,5m • Vận tốc gió đònh mức: V = 8m/s • Số cánh: B = 12 • Lưu lượng nước: Q ≤ 1,25m 3 /h ở H ≤ 20m Q ≤ 2,5m 3 /h ở H ≤ 10m ở 8m/s 2. Động cơ gió bơm nước cột áp thấp BP 450 – 12 • Đường kính bánh xe gió: D = 4,5m • Vận tốc gió đònh mức: V = 8m/s • Số cánh: B = 12 • Lưu lượng nước: Q ≤ 40m 3 /h ở 8m/s • Cột áp: H ≤ 2m 3. Động cơ gió phát điện vận tốc chậm PD 280 – 3 • Đường kính bánh xe gió: D = 2,8m • Vận tốc gió đònh mức: V = 8m/s • Số cánh: B = 3 ÷ 6 • Công suất đònh mức: N = 300W ÷ 500W 4. Động cơ gió phát điện vận tốc nhanh PD 220 - 4 • Đường kính bánh xe gió: D = 2,2m • Vận tốc gió đònh mức: V = 10m/s • Số cánh: B = 2 ÷ 4 • Công suất đònh mức: N = 500W ÷ 1000W Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LƯNG GIÓ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC - 4 - BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LƯNG GIÓ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC § 1 - 1 Ngoài nước Kể từ cuộc khủng hoảng dầu lửa đầu thập niên 70, nhiều nước trên thế giới đã điều chỉnh chính sách năng lượng hướng về các nguồn năng lượng mới và năng lượng tái tạo. Trong đó ở một số nước thì năng lượng gió được đánh gía như một nguồn năng lượng có thể đóng góp một phần đáng kể trong cân bằng năng lượng quốc gia. 1.1.1 Sự phát triển của các động cơ gió công suất lớn hoà mạng lưới điện quốc gia: • Tổng công suất lắp đặt và số lượng động cơ gió được lắp đặt trên thế giới : Từ năm 1991 trở về trước, Mỹ luôn là quốc gia dẫn đầu về tổng công suất lắp đặt các tuabin gió, riêng ở bang California (1991) số lượng các tuabin gió được lắp đặt là 16387 cái và tổng công suất là 1679 MW. Nhưng cho đến nay, Châu u đã vượt qua Mỹ về công suất lắp đặt và đang có xu hướng phát triển mạnh mẽ. Hiệp hội Năng lượng Gió Hoa Kỳ (AWEA) dự đònh tới năm 2007 sẽ lắp đặt trên 4.000 MW. Còn mục tiêu của Hiệp Hội Năng lượng Gió Châu Âu đến năm 2030, tổng công suất lắp đặt các tuabin gió lên đến 15.000MW. Hiện nay, các hãng chế tạo động cơ gió hàng đầu trên thế giới phần lớn thuộc về Châu Âu với hơn 80% thò phần. Năm 1997, Các Hiệp hội Năng lượng Gió dự tính tổng công suất lắp đặt trên toàn thế giới vào cuối năm 2001 sẽ là 11.400 MW nhưng đến ngày 18/07/2001 tổng công suất lắp đặt trên toàn thế giới là 18.6100 MW. Riêng Châu Âu là 13.664 MW. Dưới đây là bảng thống kê công suất lắp đặt động cơ gió của các nước trên thế giới tính đến ngày 18/07/2001 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LƯNG GIÓ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC - 5 - BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE No Tên nước Tổng công suất lắp đặt (MW) 1 Germany 6.900 2 USA 2.568 3 Spain 2.567 4 Denmark 2.346 5 India 1.120 6 Italia 506 7 Netherlands 475 8 U.K 413 9 China 340 10 Sweden 258 11 Greece 208 12 Japan 150 13 Canada 140 14 Ireland 118 15 Portugal 105 Tổng cộng : trên toàn thế giới : 18.600 MW Tổng cộng ở Châu u : 13.664 MW Năm 2002, tốc độ phát triển năng lượng gió của thế giới tăng không đáng kể, chỉ vượt trội hơn năm 2001 là 5,9 %. Riêng Châu Âu đã lắp thêm 6.163MW, tăng 36,1 % so với năm 2001. Sự phát triển của việc sử dụng năng lượng gió ở Châu Âu và trên toàn thế giới được biểu diễn trên hình 1 . Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LƯNG GIÓ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC - 6 - BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE Như đã thấy trên hình (1) sự tăng trưởng của việc lắp đặt các tuabin gió từ 1998 là dấâu hiệu cho thấy ngày càng nhiều hơn các nước quan tâm và đang phát triển việc sử dụng năng lượng gió. Kết luận này hoàn toàn được củng cố bằng dự đoán về sự phát triển năng lượng gió cho đến năm 2007. Theo dự đoán này , năng lượng được sản xuất từ các tuabin gió có triển vọng tăng từ 32.037MW đến hơn 83.000MW trên toàn thế giới đến năm 2007 [2]. Riêng ở Châu Âu, tới năm 2007, công suất được lắp đặt có triển vọng tăng đến 58.000MW. Điều này có nghóa là sự phát triển năng lượng gió hàng năm trên thế giới sẽ là 6.960MW/năm. Theo dự tính trên, Châu Âu sẽ chiếm 68% tổng công suất lắp đặt trên toàn cầu. Cũng trên hình 1 ta có thể thấy: công suất lắp đặt tích lũy từ WTs (tuabin gió) ở Châu u là 23.832MW vào cuối năm 2002 và trên toàn thế giới là 32.037MW. Như vậy cho thấy hiện nay Châu Âu nắm giữ 1 vai trò chủ chốt trong ngành công nghiệp năng lượng gió. Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LƯNG GIÓ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC - 7 - BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LƯNG GIÓ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC - 8 - BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE Ở Châu Mỹ, công suất lắp đặt các WTs đã giảm đi : • Năm 2000 : 180MW • Năm 2001 : 1.745MW • Năm 2002 : 495MW Ở Châu Á cũng vậy, công suất lắp đặt giảm đi 17%, năm 2001 (511MW) xuống 424MW năm 2002. Ở những Châu Lục khác, công suất lắp đặt mới tăng từ 42MW (2001) tới 147MW (2002). Ba nước ở Châu u: Đức, Tây Ban Nha, Đan Mạch vẫn là những nước hàng đầu trong việc lắp đặt WTs. Trong tổng số 6.163MW lắp đặt ở Châu Âu năm 2002 có 5270MW được lắp đặt ở 3 nước này. Hiện nay các công ty sản xuất tuabin gió lớn nhất trên thế giới phần lớn thuộc về Châu Âu . [...]... đề tài được lựa chọn xuất phát từ việc phân tích nhu cầu sử dụng, trình độ công nghệ và chế độ gió ở các vùng nông thôn Việt Nam • Tiềm năng về Năng lượng Gió ở Việt Nam: Nước ta với 3000km bờ biển và nằm trong khu vực gió mùa được đánh giá là có khả năng sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng gió lượng Năng lượng gió được tính gần đúng bằng công thức : E = 0,6V3.K V- vận tốc gió trung bình K- hệ số lưu lượng. .. tốc độ gió 6 giờ 1 lần thì sẽ nhỏ hơn tới 14,8% Sự chênh lệch này phụ thuộc vào mức độ dao động gió ở từng vùng, tốc độ gió dao động càng nhiều thì độ chênh lệch càng lớn và ngược lại Trong khi đó năng lượng gió được tạo ra tỷ lệ với lập phương của vận tốc gió Ví dụ với cùng chế độ gió cấp 3 (v=3.4m/s – 5.4m/s) thì năng lượng gió thu được ở 5m/s lớn hơn gấp 2 lần năng lượng gió thu được ở vận tốc gió. .. lệ giữa năng lượng thực của gió với năng được tính toán từ tốc độ gió trung bình Trong thời gian vừa qua, Viện khí tượng thủy văn cũng đã hoàn thành các bản đồ phân vùng gió đánh giá mật độ gió ở nhiều nơi trên đất nước (xem phụ lục 1) Trên quan điểm khai thác năng lượng gió thì các số liệu của khí tượng thủy văn mới chỉ giúp chúng ta có một nhận đònh khái quát chung về trữ năng và những hướng gió chính... TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE - 16 - Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LƯNG GIÓ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC động cơ gió phát điện PD 170-6 cho các tỉnh khu vực phía Nam (1995 – 1996) Đề tài cấp Bộ: “Nghiên cứu khả năng ứng dụng Tổ Hợp Gió – Diesel công suất 100kW” Đề tài cấp Bộ: “Nghiên cứu khả năng điện khí hoá các vùng quần đảo hải đảo Việt Nam bằng Tổ Hợp Gió – Diesel”... gió cho phường đảo Vónh Nguyên Nha Trang, lắp đặt 50 hệ thống động cơ gió phát điện PD 170-6” Đề tài khoa học cấp thành phố: “Xây dựng mô hình làng năng lượng gió cho Ấp Thiềng Liềng Cán Gáo – Huyên Cần Giờ, lắp đặt 50 hệ thống động cơ gió phát điện PD 170-6” Đề tài cấp nhà nước: “Nghiên cứu khả năng khai thác và sử dụng năng lượng gió ở khu vực miền núi và hải đảo phía Nam” Dự án của một số tổ chức... Nam khởi đầu việc nghiên cứu năng lượng gió không muộn hơn nhiều quốc gia Châu Á khác Việc nghiên cứu năng lượng gió được đề xuất 1972 tại Bộ Đại Học và đến năm 1974 đã thành lập nhóm nghiên cứu đầu tiên về phong điện Việc nghiên cứu năng lượng gió ở nước ta có thể chia thành những thời kì sau: • Năm 1975-1978: Nhóm đề tài liên bộ (Bộ Đại Học – Bộ Giao Thông Vận Tải) động cơ gió sạc bình accu công suất... quả nghiên cứu của W.A.M Jasen {5} cho thấy khoảng thời gian lấy trung bình tốc độ gió càng lớn thì giá trò của tổng BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE - 19 – Chương 2: LỰA CHỌN ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU năng lượng gió tính toán giảm đi Cũng theo kết quả nghiên cứu trong tài liệu [4] thì tổng năng lượng tính toán với tập hợp tốc độ trung bình một giờ một và ba giờ một so với tốc... việc nghiên cứu triển khai các động cơ gió công suất nhỏ và động cơ gió bơm nước Trong vấn đề khai thác sử dụng năng lượng gió ở quy mô công nghiệp điều quan trọng là phải tiến hành các nghiên cứu tiền khả thi, tức là phải đo đạc tốc độ gió, hước gió, áp suất v.v… trong vòng ít nhất là 1 năm bằng máy đo gió tự ghi BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KC 07 – 04 – PHẦN NĂNG LƯNG GIÓ RECTERRE - 18 – Chương 2: LỰA CHỌN... hướng xâm nhập của gió mùa mà có những nơi mật độ năng lượng có thể lên tới 400 – 500 kWh/m2 Nhìn chung, Trung Bộ có tiềm năng gió đáng kể, khu vực phía Tây có tổng năng lượng hàng năm khoảng 200 – 500 kWh/m2, phần phía Đông mở ra phía biển từ 500 – 900 kWh/m2, vùng Tây Nguyên cũng có tiềm năng gió khá phong phú Tóm lại, nước ta nằm trong khu vực châu Á gió mùa, nhiều nơi có vận tốc gió trung bình cao... cơ gió phát điện công suất nhỏ và động cơ gió bơm nước Tất cả những mẫu này chỉ mang tính chất thử nghiệm chứ chưa triển khai được vào thực tế ứng dụng • Từ năm 1990 đến nay: Trung tâm Nghiên Cứu Thiết Bò Nhiệt và Năng Lượng Mới là cơ quan duy nhất chủ trì thực hiện các dự án, đề tài cấp nhà nước về năng lượng gió đã được đánh giá xuất sắc Đề tài cấp nhà nước: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo động cơ gió . sách năng lượng hướng về các nguồn năng lượng mới và năng lượng tái tạo. Trong đó ở một số nước thì năng lượng gió được đánh gía như một nguồn năng lượng. tiêu này, đề tài nhánh phần Năng lượng Gió đã tiến hành việc phân tích một cách có hệ thống các yếu tố về tiềm năng gió, về nhu cầu năng lượng phục vụ