Tổng quan về năng lượng tái tạo (NLTT)
Lịch sử phát triển của công nghệ năng lượng
Từ xa xưa, con người đã sử dụng nhiều dạng năng lượng khác nhau để tồn tại và phát triển Qua từng giai đoạn lịch sử, con người không ngừng phát hiện và khai thác thêm các nguồn năng lượng mới Năng lượng đóng vai trò quan trọng, là động lực cho mọi hoạt động vật chất và tinh thần Tuy nhiên, sự phát triển của sản xuất ngày càng cao cũng đồng nghĩa với việc tiêu tốn nhiều năng lượng hơn, tạo ra những thách thức lớn đối với môi trường.
Ngày nay, năng lượng trở thành yếu tố sống còn cho nhân loại do nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt và sự phát triển sản xuất đặt ra yêu cầu năng lượng cấp bách, đồng thời gây nguy cơ hủy hoại môi trường Để phát triển bền vững, con người cần sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả, đồng thời nghiên cứu phát triển các nguồn năng lượng tái tạo và thân thiện với môi trường.
Lịch sử phát triển của công nghệ năng lượng trên thế giới được tóm tắt trong bảng 1.1 theo các mốc thời gian sau đây:
Bảng 1.1 Các mốc lịch sử của việc sử dụng năng lượng Thời gian Năng lượng sử dụng
Tiền sử Với việc phát hiện ngọn lửa người tiến sử đã biết sử dụng nhiệt năng từ gỗ để đun nấu, sưởi ấm, chiếu sáng
Cổ đại Con người đã biết sử dụng năng lượng gió để xay xát, kéo thuyền bè, năng lượng dòng chảy để bơm nước tưới tiêu, xay xát
1687 Isaac Newton (1642-1727) xây dựng cơ sở lý thuyết của cơ học cổ điển đặt nền móng cho việc sử dụng cơ năng trong kỹ thuật
1738 Daniel Bernoulli (1700-1782) xây dựng cơ sở cho nghiên cứu cơ học chất lỏng đặt nền móng cho việc sử dụng thủy năng trong kỹ thuật
1756 Mikhail Lomonossov (1711-1785) đề xuất định luật bảo toàn và biến đổi năng lượng
Năm 1763, James Watt (1736-1919) phát triển máy hơi nước, mở ra kỷ nguyên công nghiệp hóa và cơ khí hóa Sự ra đời của năng lượng hơi nước đã giúp giải phóng lao động cơ bắp của con người, đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong tiến trình phát triển công nghiệp.
Than đá là nguồn nhiên liệu chủ yếu
1831 Michael Faraday (1791-1867) phát minh định luật cảm ứng điện từ đặt nền móng cho sự ra đời của các thiết bị điện
Bắt đầu kỷ nguyên điện khí hóa
Năm 1860, J.C Maxwell (1831-1879) đã công bố lý thuyết Trường điện từ thống nhất, hoàn thiện cơ sở lý thuyết về điện từ và ứng dụng năng lượng điện từ, từ đó đặt nền tảng cho sự phát triển của kỹ thuật điện tử.
1860 Luyện thép ra đời thúc đẩy khai thác than phát triển
1870 Dầu mỏ bắt đầu được sử dụng trong công nghiệp và đời sống
1881 Tàu hỏa chạy bằng năng lượng hơi nước ra đời tại nước Anh
1890 Động cơ đốt trong được hoàn thiện Ô tô được sản xuất hàng loạt
1898 Pierre và Marie Curie (1867-1934) tìm ra chất phóng xạ Bắt đầu kỷ nguyên năng lượng nguyên tử
1899 Max Planck (1858-1947) công bố thuyết lượng tử Cơ học lượng tử ra đời
1900 IEC (International Electrotechnical Commission) Ủy ban Kỹ thuật điện quốc tế ra đời thúc đẩy sự phát triển và tiêu chuẩn hóa kỹ thuật điện
1906 Albert Einstein (1879-1955) công bố lý thuyết tương đối với định luật nổi tiếng E = mC 2
1942 Các nhà khoa học Hoa Kỳ chế tạo bom nguyên tử đầu tiên
1954 Pin mặt trời bắt đầu được chế tạo và thương mại hóa
1954 Ngày 27-6-1954, nhà máy điện nguyên tử đầu tiên ra đời ở Liên Xô cũ, công suất 5MW tại Obninsk
1957 IAEA (International Atomic Energy Agency) Uỷ ban Năng lượng
Nguyên tử quốc tế ra đời
1960 Tổ chức các nước xuất khẩu dầu mỏ OPEC (Organization of the
Petroleum Exporting Countries) ra đời
1973 Khủng hoảng dầu mỏ do hậu quả của cuộc chiến tranh Trung Đông
1974 IEA (International Energy Agency) Ủy ban Năng lượng quốc tế ra đời
Công ước khung về biến đổi khí hậu của LHQ nhằm ổn định nồng độ khí gây hiệu ứng nhà kính
Các dạng năng lượng
Hình 1.1 Quan hệ giữa các loại năng lượng
Năng lượng là dạng vật chất liên quan đến quá trình có khả năng sinh công hoặc sinh nhiệt Hiện nay, có nhiều hệ thống phân loại năng lượng khác nhau đang được áp dụng.
Năng lượng được phân loại theo dạng vật chất thành ba thể chính: thể rắn như than và củi, thể lỏng như dầu mỏ và các sản phẩm dầu, và thể khí bao gồm khí đốt cùng các sản phẩm khí.
Theo dòng biến đổi năng lượng ta thường gặp các khái niệm:
Năng lượng sơ cấp được định nghĩa là năng lượng được khai thác trực tiếp từ các nguồn tự nhiên mà chưa trải qua bất kỳ quá trình xử lý nào Các ví dụ điển hình của năng lượng sơ cấp bao gồm than đá, dầu thô và các nguồn tài nguyên thiên nhiên khác.
- Năng lượng thứ cấp: Năng lượng thứ cấp là năng lượng đã qua một vài quá trình biến đổi Ví dụ như điện năng, khí hóa than, v.v
- Năng lượng cuối cùng: Năng lượng cuối cùng là năng lượng đầu vào của thiết bị sử dụng năng lượng
Tổn thất do vận chuyển và biến đổi từ năng lượng sơ cấp sang thứ cấp
Tổn thất do truyền tải phân phối và hiệu suất của thiết bị sử dụng
Năng lượng hữu ích là lượng năng lượng mà thiết bị sử dụng thực tế, sau khi đã trừ đi các tổn thất trong quá trình truyền tải và phân phối cũng như tổn thất của chính thiết bị đó Mối quan hệ giữa các khái niệm về năng lượng được thể hiện rõ trong hình 1.1.
Năng lượng tái sinh và không tái sinh là hai khái niệm quan trọng trong khả năng tái sinh năng lượng Năng lượng tái tạo bao gồm các nguồn như năng lượng mặt trời, gió và thủy năng, trong khi năng lượng không tái tạo chủ yếu đến từ các nhiên liệu hóa thạch như than, dầu mỏ và khí đốt, vốn không thể tái tạo.
1.2.1 Khái niệm năng lượng tái tạo
Năng lượng tái tạo, hay còn gọi là năng lượng tái sinh, là nguồn năng lượng vô hạn từ các quy trình tự nhiên diễn ra liên tục Nguyên tắc chính trong việc khai thác năng lượng tái tạo là tách một phần năng lượng từ những quy trình này, đặc biệt là từ Mặt Trời, để sử dụng trong các ứng dụng kỹ thuật.
Năng lượng tái tạo được hiểu là nguồn năng lượng vô hạn, có thể được khai thác mà không lo cạn kiệt Điều này có thể hiểu theo hai cách: một là năng lượng tồn tại dồi dào, như năng lượng Mặt Trời, và hai là năng lượng tự tái tạo nhanh chóng, như năng lượng sinh khối, trong các quy trình diễn ra liên tục trên Trái Đất.
Năng lượng, theo quan điểm vật lý, không thể tái tạo và chủ yếu được cung cấp bởi Mặt Trời, sau đó được chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác nhau Tùy thuộc vào từng tình huống, năng lượng này có thể được sử dụng ngay lập tức hoặc được lưu trữ tạm thời.
Việc hiểu khái niệm "tái tạo" thường liên quan đến các chu kỳ ngắn hơn, như khí sinh học so với năng lượng hóa thạch Trong cảm nhận thời gian của con người, Mặt Trời được xem là nguồn năng lượng gần như vô tận, cung cấp năng lượng liên tục cho nhiều quy trình trong bầu sinh quyển Trái Đất Những quy trình này không chỉ cung cấp năng lượng cho con người mà còn tạo ra các nguyên liệu tái tăng trưởng, bao gồm luồng gió, dòng nước và nhiệt.
Trong quá khứ, con người đã sử dụng 5 lượng năng lượng từ Mặt Trời, trong đó sức nước đóng vai trò quan trọng nhất trong thời đại công nghiệp Việc sử dụng sức nước không chỉ dựa trên khía cạnh kỹ thuật mà còn cần xem xét từ góc độ chi phí sinh thái.
Ngược lại với việc sử dụng năng lượng từ than đá và dầu mỏ, những nguồn năng lượng này đang bị tiêu thụ nhanh chóng hơn là được tái tạo Theo định nghĩa "vô tận", phản ứng tổng hợp hạt nhân (nhiệt hạch) và phản ứng phân rã hạt nhân (phân hạch) với các lò phản ứng tái sinh (breeder reactor) có thể được coi là nguồn năng lượng tái tạo, miễn là năng lượng hao tốn trong quá trình khai thác uranium hoặc thorium được giữ ở mức thấp, mặc dù chúng thường không được xếp vào loại năng lượng tái tạo.
1.2.2 Các dạng năng lượng tái tạo
Nguồn gốc từ bức xạ của Mặt Trời
Năng lượng Mặt Trời là nguồn năng lượng bức xạ điện từ từ Mặt Trời đến Trái Đất, và chúng ta sẽ tiếp tục nhận được nguồn năng lượng này trong khoảng 5 tỷ năm nữa, cho đến khi các phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời cạn kiệt nhiên liệu.
Năng lượng Mặt Trời có thể được thu trực tiếp thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển đổi năng lượng từ các photon thành điện năng, như trong pin Mặt Trời Ngoài ra, các photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng vật thể, chuyển thành nhiệt năng, ứng dụng trong bình đun nước Mặt Trời, làm sôi nước trong các máy nhiệt điện của tháp Mặt Trời, hoặc điều khiển các hệ thống nhiệt như máy điều hòa Mặt Trời.
Năng lượng của các photon có thể được hấp thụ và chuyển hóa thành năng lượng trong các liên kết hóa học của các phản ứng quang hóa
Quá trình quang hợp là một phản ứng quang hóa tự nhiên, đã từng dự trữ năng lượng Mặt Trời vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch không tái sinh, được các nền công nghiệp từ thế kỷ 19 đến 21 khai thác Nó không chỉ cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sinh học tự nhiên mà còn hỗ trợ sức kéo gia súc và cung cấp củi đốt, những nguồn năng lượng sinh học tái tạo truyền thống Trong tương lai, quá trình này vẫn giữ vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng.
Có 6 phương pháp có thể giúp tạo ra nguồn năng lượng tái tạo từ nhiên liệu sinh học, bao gồm các loại nhiên liệu lỏng như diesel sinh học và nhiên liệu từ dầu thực vật, cũng như khí đốt sinh học và nhiên liệu rắn.
Tình hình sử dụng năng lượng tái tạo trên thế giới và tiềm năng phát triển ở Việt Nam
1.3.1 Tình hình sử dụng năng lượng tái tạo trên thế giới
Các nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ và than đá đang dần cạn kiệt do khai thác từ lâu Theo khảo sát của BP, dầu mỏ sẽ cạn kiệt trong khoảng 40 năm nữa, trong khi than đá sẽ hết sau 200 năm Sự tăng trưởng kinh tế dẫn đến nhu cầu năng lượng ngày càng gia tăng, và dự báo của Cơ quan thông tin năng lượng (EIA) cho biết trong vòng 24 năm tới, nhu cầu này sẽ tiếp tục tăng cao.
2001 đến năm 2025, mức tiêu thụ năng trên toàn thế giới có thể tăng thêm 54% (khoảng
Nhu cầu năng lượng toàn cầu dự kiến sẽ tăng từ 404 nghìn triệu BTU năm 2001 lên 623 nghìn triệu BTU vào năm 2025, chủ yếu đến từ các quốc gia có nền kinh tế đang phát triển như Trung Quốc và Ấn Độ Do đó, việc phát triển và ứng dụng các công nghệ năng lượng tái tạo như thủy điện, gió và mặt trời trở nên cực kỳ quan trọng và nhận được sự chú ý lớn từ cộng đồng quốc tế.
Năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng vô hạn, liên tục từ thiên nhiên Nguyên tắc chính trong việc khai thác năng lượng tái tạo là thu thập năng lượng từ các quy trình tự nhiên diễn ra liên tục và áp dụng vào các công nghệ sử dụng.
Phân loại năng lượng tái tạo dựa theo nguồn gốc ta có thể chia thành:
- Từ bức xạ mặt trời: năng lượng mặt trời, năng lượng sinh khối, năng lượng gió, năng lượng từ biển…
- Từ nhiệt năng của trái đất: Địa nhiệt
- Từ động năng của hệ trái đất – mặt trăng – mặt trời: Năng lượng thủy triều
- Các nguồn năng lượng tái tạo nhỏ: Đồng hồ đeo tay, động cơ có độ rung, ăngten thu sóng điện từ môi trường chuyển sang điện
Việc sử dụng năng lượng hóa thạch thải ra nhiều khí độc hại, góp phần vào hiệu ứng nhà kính, là nguyên nhân chính dẫn đến sự nóng lên toàn cầu Hệ quả của hiện tượng này là gia tăng các thiên tai như lũ lụt, hạn hán, và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người.
Cuối thế kỷ XX, khủng hoảng năng lượng đã thúc đẩy nhiều quốc gia tập trung vào nghiên cứu, thăm dò, khai thác và sử dụng tài nguyên năng lượng, dẫn đến những thành tựu đáng kể trong lĩnh vực này.
Hình 1.2 Các nguồn năng lượng tái tạo trên thế giới 2006
750GW thủy điện 235 GW Sinh khối nhiệt 105GW Mặt trời nhiệt/điện
7GW NL gió 73GW thủy điện nhỏ 45GW Sinh khối điện
39GW từ ethanol 33GW Địa nhiệt 9.5GW Địa điện
6GW từ Biodiesel 5GW và 2.7GW pin mặt trời( kết nối và không nối lưới điện) 0.4 GW mặt trời ( nhiệt điện) 0.3 GW từ biển
Hình 1.3 Mức tiêu thụ năng lượng thế giới (đơn vị nghìn triệu triệu BTU)
Hình 1.4 Lượng khí thải CO2 sinh ra khi sử dụng năng lượng hóa thạch
Năng lượng tái tạo, được đo bằng đơn vị nghìn triệu triệu BTU, có mặt rộng rãi trên trái đất dưới các hình thức như nước, gió và ánh sáng mặt trời Tuy nhiên, nguồn năng lượng này thường phân tán, gây khó khăn trong việc khai thác Để khai thác năng lượng tái tạo trên quy mô công nghiệp, cần áp dụng công nghệ cao và đầu tư lớn Trong khi đó, việc khai thác năng lượng tái tạo ở quy mô hộ gia đình đã mang lại hiệu quả thiết thực và lợi ích đáng kể.
1.3.2 Tình hình sử dụng năng lượng tái tạo ở Việt Nam
1.3.2.1 Năng lượng mặt trời a) Pin mặt trời
Hệ nguồn độc lập có công suất từ 20 đến 100 kWp phục vụ cho nhiều nhu cầu khác nhau Đối với hộ gia đình, công suất từ 20 đến 200 Wp là phù hợp, trong khi hộ tập thể cần từ 200 đến 2000 Wp Ngành thông tin viễn thông yêu cầu công suất từ 200 đến 20000 Wp, còn giao thông đường thủy sử dụng từ 10 đến 600 Wp Ngoài ra, còn có các ứng dụng khác như giao thông và chiếu sáng công cộng, góp phần vào sự phát triển bền vững.
- Hệ nguồn nối lưới: 5 – 150 kWp o EVN, Viện năng lượng o Trung tâm hội nghị quốc gia (150 kWp)
- Tổng công suất lắp đặt: 1,5 MWp b) Nhiệt mặt trời trên cơ sở hiệu ứng nhà kính
- Thiết bị đun nước nóng:
11 o Sử dụng: hộ gia đình, khách sạn,… o Khoảng 1,5 triệu m 2 đã được lắp đặt
- Thiết bị sấy: gia đình, công nghiệp
- Chưng cất nước c) Thủy điện nhỏ (TĐN):
- Đã lắp đặt 507 trạm, ~ 135 MW; 69 trạm ngừng hoạt động, phân bố chủ yếu khu vực miền núi phía Bắc
- Khoảng 1300 – 1400 TĐN, CS 200 – 500 W, ~ 35 – 65 MW đang được các gia đình khu vực miền núi sử dụng
- 80% TĐN sản xuất từ Trung Quốc, giá rẻ, tuổi thọ thấp
- Mỗi năm thường chỉ dùng 5-6 tháng; công suất rất hạn chế d) Năng lượng gió:
- Phát điện: 1 x 800 kW (Bạch Long Vĩ) + 1000 x (150 – 200 W)
- Nhà máy điện gió Tuy Phong (120 MW) ở Bình Thuận phát điện với 5 tuabin (1,5MW/tuabin)
- Dự án đầu tư 30 MW tại Khánh Hòa
- Dự án điện gió tại Côn Đảo, Lâm Đồng, đảo Lý Sơn (Quảng Ngãi),… e) Năng lượng sinh khối:
- 63% (2,8/4,5 triệu tấn) bã mía đã được sử dụng để phát điện 150 – 200 MW
- 23% (1,45/6,5 triệu tấn) trấu dùng cho mục đích năng lượng
- Dự án đang thực hiện: nhà máy xử lý rác để sản xuất điện 2,4 MW và phân hữu cơ NPK 1500 – 3000 tấn/năm đang thực hiện ở TP.HCM
- Viện cơ điện nông nghiệp đã nghiên cứu thành công dây chuyền sử dụng phế phẩm sinh khối cùng phát điện và nhiệt để sấy f) Khí sinh học (KSH):
- Khoảng 60 nghìn hầm KSH có thể tích từ 3 đến 30 m 3 đã được xây dựng và đang sản xuất khoảng 110 triệu m 3 khí/năm
- 70% là quy mô gia đình g) Năng lượng địa nhiệt:
- Xây dựng nhà máy điện địa nhiệt công suất 18,6 MW tại Quảng Ngãi
- Chính phủ có định hướng xây dựng nhà máy điện địa nhiệt 20 – 25 MW tại Bình Định
- Tập đoàn Ormat – Mỹ xin phép đầu tư xây dựng 5 nhà máy điện địa nhiệt tại Quảng Bình, Quảng Ngãi,…
1.3.3 Tiềm năng phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam
Năng lượng mặt trời (NLMT): Nước ta có nguồn NLMT khá dồi dào:
- Vùng Đông Bắc: thấp nhất, mật độ 250 ÷ 400 cal/cm 2 ngày; số giờ nắng 1600 – 1900 giờ/ngày
- Vùng Tây Bắc và Bắc Trung Bộ: trung bình so với cả nước; mật độ 300 – 500 cal/cm 2 ngày; 1800 -2100 giờ/năm
- Từ Đà Nẵng trở vào: cao, phân bố tương đối đồng đều trong cả năm; 350 –
510 cal/cm 2 ngày; 2000 – 2600 giờ/năm
Bảng 1.2 Số liệu về bức xạ năng lượng mặt trời ở Việt nam
Vùng Giờ nắng trong năm
Bứcxạ (Kcal/cm 2 /năm) Ứng dụng Đông bắc 1500 1700 100 125 Thấp
So với thế giới Việt Nam có nguồn NLMT loại cao
Thủy điện nhỏ (TĐN): Tổng tiềm năng TĐN được xác định khoảng 1800 – 2000
- Loại công suất 0,1 – 10 MW có 500 trạm, tổng công suất tương đương 1400 -
1800 MW chiếm hơn 90% tổng điện năng TĐN
- Loại công suất bé hơn 100 kW có khoảng 2500 trạm với tổng công suất tương đương 100 – 200 MW chiếm 7-10% tổng TĐN
- Loại công suất bé hơn 5 kW đã được khai thác sử dụng rộng rãi
Năng lượng gió (NLG): Những khu vực có tiềm năng NLG lớn:
- Dọc bờ biển, trên các đảo, các khu vực có gió địa hình Vận tốc gió trung bình năm khoảng V = 2 - 7,5 m/s (độ cao 10 -12 m)
- Dọc bờ biển và các đảo có V = 4,5 – 7,5 m/s, có mật độ NLG từ 800 tới 4500 kWh/m 2
- Khu vực có NLG tốt nhất: Bạch Long Vĩ, Trường Sa, Ninh Thuận,…
Năng lượng sinh khối (Biomass):
- Tổng trữ lượng khoảng 70 – 80 tấn/năm: o Gỗ là 25 triệu tấn, chiếm 33% o Phế phẩm công nông lâm nghiệp khoảng 54 triệu tấn, chiếm khoảng 67%,
Trấu và bã mía là hai nguồn nguyên liệu quan trọng trong sản xuất năng lượng Trấu hiện có 100 nhà máy xay, với công suất 6,5 triệu tấn/năm, tạo ra khoảng 75 – 100 MW điện, nhưng hiện chỉ được sử dụng cho 7 – 9% trong các hoạt động thủ công và đun nấu Trong khi đó, bã mía từ 43 nhà máy đường cung cấp 4,5 triệu tấn/năm, sản xuất khoảng 200 – 250 MW điện, trong đó 80% đã được sử dụng để phát điện.
Khí sinh học (Biogas): Tổng tiềm năng 10000 triệu tấn m 3 /năm Trong đó:
- Từ người: 623 triệu m 3 /năm, chiếm 6,3%
- Từ gia súc: 3062 triệu m 3 /năm, chiếm 31%
- Phế thải khác: 6269 triệu m 3 /năm, chiếm 63%
Hình 1.5 Trữ lượng dầu tương đương trong một năm từ các phụ phẩm nông nghiệp
Bảng 1.3 Tiềm năng khí sinh học
Phụ phẩm các cây trồng khác
- Có hơn 300 nguồn nước nóng, nhiệt độ T = 30 – 150 O C o Tây Bắc: 78 nguồn, chiếm 26% o Trung Bộ 73 nguồn, chiếm 20% o 61% nguồn nhiệt độ cao ở Nam Trung Bộ
- Mới được nghiên cứu khai thác gần đây
Hình 1.6 Tỷ lệ phần trăm số nguồn nước nóng của từng vùng
Năng lượng đại dương: Hầu như chưa khai thác
1 Năng lượng mặt trời:
• Bứ c xa ̣ mặt trời trung bình: 5 KWh/m 2 /ngày
• Số giờ nắng trung bình: 2000 ÷ 2500 giờ/ngày
• Trên các đảo 800 ÷ 1400 KWh/m 2 /năm
• Khu vực duyên hải Trung Bô ̣: 500 ÷ 1000KWh/m 2 /năm
• Các cao nguyên và các vùng nhỏ hơn 500KWh/m 2
3 Năng lượng sinh khối:
• Tiềm năng : 43 ÷ 46 triê ̣u TOE/năm
• Tiềm năng khí sinh ho ̣c: 10 tỷ m 3 /năm
• Tiềm năng lớn hơn 4000 MW
• Tiềm năng thủy điê ̣n nhỏ và cực nhỏ ở vùng núi phía Bắc, Miền Trung và Tây Nguyên: 2900 MW
5 Năng lượng đi ̣a nhiê ̣t và các loại khác (thủy triều, sóng biển)
• Năng lượng đi ̣a nhiệt: 200 ÷ 340MW
• Các loại khác đang được đánh giá
Hình 1.7 Tỷ lê ̣ % năng lượng tái tạo trong tổng phát điê ̣n Viê ̣t Nam (Báo cáo 3/2008)
Việt Nam sở hữu tiềm năng năng lượng tái tạo lớn, nhưng tỷ lệ đóng góp hiện tại chỉ đạt 2,3% Để phát triển bền vững, cần đẩy mạnh khai thác các nguồn năng lượng tái tạo có tiềm năng lớn như năng lượng mặt trời, gió và sinh khối.
• Năng lượng mă ̣t trời: Từ Đà Nẵng trở vào Nam (số giờ nắng trung bình 2500 giờ/ năm)
• Năng lượng gió: Khu vực Duyên Hải Miền Trung (vâ ̣n tốc gió 4÷7m/s)
• Năng lượng sinh khối : Trấu (4,5 triệu tấn/năm, bã mía (6,5 triê ̣u tấn/năm), khí sinh học (10.000 triêu m 3 năm)
• Thủ y điê ̣n nhỏ và cực nhỏ: Miền núi phía Bắc và Tây Nguyên
• Năng lượng đi ̣a nhiê ̣t: Nam Trung Bô ̣ (73 nguồn nước nóng).
Các chính sách về năng lượng của Việt Nam
Phát triển năng lượng cần gắn liền với chiến lược phát triển kinh tế - xã hội, đảm bảo tốc độ cao, bền vững và đồng bộ, đồng thời đa dạng hóa nguồn năng lượng và công nghệ tiết kiệm Việc phát triển năng lượng quốc gia phải phù hợp với xu hướng hội nhập quốc tế, sử dụng hiệu quả tài nguyên trong nước và khai thác hợp lý tài nguyên nước ngoài, nhằm thiết lập an ninh năng lượng quốc gia Cần hình thành thị trường năng lượng, đa dạng hóa sở hữu và phương thức kinh doanh, đồng thời thúc đẩy xóa bỏ độc quyền và chính sách xã hội qua giá năng lượng Hệ thống năng lượng cần phát triển đồng bộ, chú trọng năng lượng sạch và tái tạo, phân bố hợp lý theo vùng lãnh thổ và cân đối từ thăm dò đến chế biến Ứng dụng kinh tế tri thức để nâng cao hiệu suất năng lượng và đầu tư cho tiết kiệm năng lượng là rất quan trọng Cuối cùng, phát triển năng lượng phải gắn liền với bảo vệ môi trường, đảm bảo sự bền vững trong tương lai.
1.4.2 Mục tiêu phát triển a) Mục tiêu tổng quát Để góp phần thực hiện thắng lợi các mục tiêu trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội của Đảng, mục tiêu tổng quát của Chiến lược phát triển năng lượng quốc gia đến năm
Tầm nhìn đến năm 2050 nhằm bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia, góp phần giữ vững an ninh, quốc phòng và phát triển nền kinh tế độc lập, tự chủ Mục tiêu là cung cấp đầy đủ năng lượng chất lượng cao cho phát triển kinh tế - xã hội, đồng thời khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên năng lượng trong nước, hướng tới sự đa dạng hóa nguồn cung năng lượng.
Trong lĩnh vực năng lượng, có 18 phương thức đầu tư và kinh doanh nhằm hình thành và phát triển thị trường năng lượng cạnh tranh lành mạnh Các biện pháp này tập trung vào việc đẩy mạnh phát triển nguồn năng lượng mới, tái tạo, năng lượng sinh học và điện hạt nhân để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt là ở các vùng sâu, vùng xa, biên giới và hải đảo Mục tiêu là phát triển nhanh, hiệu quả và bền vững ngành năng lượng, đồng thời bảo vệ môi trường.
Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, cần phấn đấu đảm bảo cung cấp đủ năng lượng, với mục tiêu năng lượng sơ cấp đạt khoảng 47,5 - 49,5 triệu TOE vào năm 2010.
2020 đạt khoảng 100 - 110 triệu TOE, đến năm 2025 khoảng 110 - 120 triệu TOE và đến năm 2050 khoảng 310 - 320 triệu TOE
Để nâng cao độ chính xác trong việc đánh giá trữ lượng các nguồn năng lượng sơ cấp như than, dầu khí, thủy điện và urani, cần mở rộng hợp tác với các quốc gia trong khu vực và toàn cầu Việc này sẽ giúp tìm kiếm, thăm dò và khai thác các nguồn năng lượng ở nước ngoài, từ đó bổ sung nguồn năng lượng thiếu hụt trong nước.
Đến năm 2010, nguồn điện và lưới điện được phát triển nhằm đáp ứng đầy đủ nhu cầu điện cho sự phát triển kinh tế - xã hội, với độ tin cậy cung cấp nguồn điện đạt 99,7% và lưới điện bảo đảm tiêu chuẩn n-1.
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về sản phẩm dầu trong nước, Việt Nam đang phát triển các nhà máy lọc dầu với mục tiêu nâng tổng công suất lên khoảng 25 đến 30 triệu tấn dầu thô vào năm 2020.
- Bảo đảm mức dự trữ chiến lược xăng dầu quốc gia đạt 45 ngày tiêu thụ bình quân vào năm 2010, đạt 60 ngày vào năm 2020 và đạt 90 ngày vào năm 2025
Để đạt được mục tiêu bền vững, Việt Nam phấn đấu tăng tỷ lệ các nguồn năng lượng mới và tái tạo lên khoảng 3% tổng năng lượng thương mại sơ cấp vào năm 2010, khoảng 5% vào năm 2020 và khoảng 11% vào năm 2050.
Chương trình năng lượng nông thôn và miền núi đã hoàn thành mục tiêu nâng cao tỷ lệ hộ gia đình sử dụng năng lượng thương mại cho việc đun nấu lên 50% vào năm 2010 và 80% vào năm 2020 Đến năm 2010, 95% hộ dân nông thôn đã có điện, và đến năm 2020, hầu hết các hộ dân nông thôn đều được cung cấp điện.
Xây dựng các mục tiêu và tiêu chuẩn môi trường dài hạn đồng nhất với các tiêu chuẩn khu vực và toàn cầu, phù hợp với điều kiện kinh tế của đất nước Cần kiểm soát và giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong các hoạt động năng lượng để đạt được hiệu quả bền vững.
2015 tất cả các công trình năng lượng phải đáp ứng tiêu chuẩn về môi trường
Chuyển đổi mạnh mẽ các ngành điện, than và dầu khí sang hoạt động theo cơ chế thị trường cạnh tranh, có sự điều tiết của Nhà nước Thị trường bán lẻ điện cạnh tranh sẽ được hình thành sau năm 2022, trong khi thị trường kinh doanh than và dầu khí sẽ được phát triển từ nay đến năm 2015.
Tăng cường hợp tác quốc tế trong lĩnh vực năng lượng là mục tiêu quan trọng Từ năm 2010 đến 2015, Việt Nam phấn đấu thực hiện liên kết lưới điện khu vực với cấp điện áp lên đến 500 kV Tiếp theo, từ năm 2015 đến 2020, sẽ triển khai liên kết hệ thống khí thiên nhiên khu vực nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng.
1.4.3 Định hướng phát triển a) Định hướng phát triển ngành điện
Để đảm bảo cung cấp đủ điện cho sự phát triển kinh tế xã hội, cần ưu tiên xây dựng hợp lý các nhà máy thủy điện, đồng thời phát triển các nhà máy nhiệt điện sử dụng than và khí thiên nhiên Bên cạnh đó, cần khuyến khích phát triển nguồn điện từ năng lượng mới và tái tạo.
Ngành điện Việt Nam đang được định hướng phát triển theo hướng đa dạng hóa sở hữu, với Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) giữ vai trò chủ chốt trong việc phát triển nguồn điện và hệ thống truyền tải quốc gia Để thu hút sự tham gia của các thành phần kinh tế trong và ngoài nước, EVN đã công bố công khai danh mục các dự án đầu tư khuyến khích đầu tư vào lĩnh vực phát điện và phân phối điện.
- Đa dạng các hình thức đầu tư trong phát triển nguồn và lưới phân phối
- Tiếp tục thí điểm và từng bước mở rộng việc cổ phần hóa các nhà máy điện, các đơn vị phân phối điện
- Tách hoạt động công ích khỏi hoạt động sản xuất kinh doanh Thực hiện trợ giá cho các hoạt động điện lực tại các vùng sâu, vùng xa
- Mở rộng hợp tác quốc tế và hội nhập quốc tế
- Từng bước hình thành và phát triển thị trường điện lực tại Việt Nam
- Nghiên cứu phát triển nhà máy điện hạt nhân
- Đảm bảo phát triển bền vững, giảm thiểu tác động xấu tới môi trường b) Định hướng phát triển ngành than
- Đẩy mạnh công tác thăm dò đánh giá trữ lượng than trên mức -300m, và tìm kiếm sâu từ -400 đến -1100 tại vùng than Quảng Ninh
- Khuyến khích các địa phương có các điểm than đầu tư thăm dò, để khai thác phục vụ cho nhu cầu tại chỗ
- Tranh thủ các nguồn vốn để thăm dò đánh giá trữ lượng và nghiên cứu khả năng khai thác vùng than đồng bằng sông Hồng
Năng lượng gió
Lịch sử ứng dụng năng lượng gió
Hàng nghìn năm qua, con người đã khai thác sức gió để phục vụ cuộc sống, từ việc sử dụng gió để ra khơi bằng buồm cho đến vận hành máy bơm nước và xay ngũ cốc Cối xay gió đã trở thành biểu tượng đặc trưng của những vùng quê phương Tây qua nhiều thế kỷ.
Cuối thế kỷ 19, chiếc máy phát điện gió đầu tiên, hay còn gọi là turbine gió, được phát minh bởi Charles F Brush tại Cleveland, Ohio vào năm 1888 Turbine gió này có đường kính 17m với 144 cánh bằng gỗ, hoạt động giống như một cối xay gió khổng lồ Năm 1891, nhà khí tượng học Đan Mạch Poul The Mule Cour đã xây dựng một turbine thử nghiệm ở Askov, Đan Mạch, với thiết kế rô to bốn cánh kiểu máy bay và trục quay nhanh hơn.
Năm 1922, kỹ sư Phần Lan S.J Savonius đã cải tiến nguyên lý đẩy của turbine gió trục đứng bằng cách sử dụng hai cốc hình tròn thay vì cánh buồm Đến năm 1931, kỹ sư Pháp George Darrieus phát minh ra turbine gió trục đứng Darrieus, áp dụng nguyên lý kéo với thiết kế cánh mềm giống cánh máy bay, trong đó một đầu cánh gắn ở đỉnh và một đầu gắn ở đáy trục chính, tạo ra hình dáng giống như máy đánh trứng khổng lồ Các mẫu thiết kế sau đó đã được cải tiến với cánh quạt có rãnh nhằm nâng cao hiệu suất hoạt động của turbine.
Vào năm 1950, kỹ sư Johannes Juhl đã phát triển turbine gió 3 cánh có khả năng phát điện xoay chiều, đánh dấu bước khởi đầu cho turbine gió hiện đại tại Đan Mạch Cuộc khủng hoảng dầu hoả năm 1973 đã khơi dậy sự quan tâm trở lại đối với năng lượng gió, tạo điều kiện cho sự phát triển công nghệ tiên tiến hơn ở Đan Mạch và California.
Hình 2.2 Turbine gió của Poul la Cour, Askov, Đan Mạch năm 1897
Hình 2.3 Turbine gió trục đứng kiểu Savonius
Đến những năm 1980, công nghệ turbine gió mới trở nên khả thi về mặt kinh tế cho việc phát điện từ các turbine gió cỡ lớn Hầu hết các nghiên cứu và phát triển tập trung vào turbine trục ngang, trong khi các thiết kế trục đứng Darrieus cũng được nghiên cứu sâu hơn tại Canada và Mỹ trong thập niên 1970 và 1980, với một trong những sản phẩm nổi bật là chiếc máy có đường kính rô to 100m và công suất 4.2MW.
“Eole C” tại Cap Chat – Quebec, Hình 2.4 Tuy nhiên nó chỉ vận hành được có 6 tháng thì hư hỏng cánh quạt, do sức chịu đựng của cánh quạt quá kém
Hình 2.4 Turbine gió trục đứng Darrieus kiểu “Eole C”, Cap Chat, Quebec
Châu Âu dẫn đầu trong lĩnh vực năng lượng gió, với công suất tối đa của các turbine gió chỉ 50 kW vào năm 1982 Đến năm 1995, công suất của các turbine gió thương mại đã tăng gấp 10 lần, đạt khoảng 500 kW Trong giai đoạn này, chi phí xây dựng và sản xuất điện từ turbine gió đã giảm đáng kể, với chi phí sản xuất điện năng giảm một nửa Nhiều turbine gió trước đây có kích thước lớn đã trở thành loại cực nhỏ, chỉ sản xuất vài kWh/tháng Hiện nay, các turbine gió được xây dựng với công suất lên đến 3 MW và đường kính 100m, với sự xuất hiện của nhiều nhà máy sản xuất turbine gió kích thước lớn.
Năng lượng gió đang phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu, đặc biệt tại các nước thuộc Cộng đồng châu Âu Công nghệ turbine gió không chỉ giúp giải quyết vấn đề cạn kiệt tài nguyên hóa thạch mà còn giảm thiểu hiệu ứng nhà kính và tuân thủ các cam kết trong Nghị định Thư Kyoto về biến đổi khí hậu.
Công suất lắp đặt năng lượng gió trên toàn cầu đang tăng trưởng mạnh mẽ, gấp đôi so với những năm cuối thập kỷ trước Đây là một thành tựu chưa từng có trong lĩnh vực năng lượng Mặc dù gặp nhiều thách thức trong việc truyền tải và cung cấp, thị trường năng lượng gió năm 2006 vẫn đạt mức tăng 32% so với năm 2005.
Năm 2006 tổng sản lượng điện gió toàn cầu đạt 74.223 MW, tức tăng thêm 15.197 MW so với năm 2005 là 59.091MW Những nước có sản lượng cao ấn tượng nhất là:
Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng ở châu Âu, sản lượng năng lượng gió của các quốc gia trong khu vực dự kiến sẽ tiếp tục gia tăng Đồng thời, Mỹ và Canada cũng đang tích cực mở rộng và nâng cao công suất năng lượng gió của mình.
Các quốc gia ở Trung Đông, Viễn Đông và Nam Mỹ đang tích cực phát triển năng lượng gió trong ngành công nghiệp năng lượng của họ, với mục tiêu đạt sản lượng 150 GW vào năm 2010.
Tốc độ mở rộng phụ thuộc vào sự hỗ trợ từ chính phủ, chính quyền các nước và cộng đồng quốc tế Các quốc gia cần có trách nhiệm tuân thủ cam kết cắt giảm khí thải Carbon Dioxide theo Nghị Định Thư Kyoto nhằm giảm thiểu hiệu ứng nhà kính.
Một làn sóng công nghệ mới đã và đang phát triển nhanh chóng với mục tiêu tương lai là cải thiện công suất và giảm giá thành
Hiện nay ngành công nghiệp năng lượng gió có 7 phân đoạn thị trường, bao gồm:
- Loại cỡ nhỏ cho vùng hẻo lánh hay vùng không có lưới điện quốc gia
- Loại dùng cho nhà riêng có lưới điện quốc gia
- Trang trại, công ty và các ứng dụng gió công nghiệp cỡ nhỏ
- Loại cỡ nhỏ dùng cho cho cụm dân cư
- Các hệ thống gió - diesel
Bảng 2.1 Tổng công suất lắp đặt (MW) trên thế giới đến năm 2020
Năm Off-grid Hộ gia đình
Nông trại/công nghiệp/công ty
Cụm dân cư Gió/diesel
Large : 325 kW Net Bill : 30Kw 750kW 200kW
Nguyên lý cơ bản của năng lượng gió
Bức xạ Mặt Trời không đồng đều chiếu xuống bề mặt Trái Đất, dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ trong khí quyển, nước và không khí Một nửa bề mặt Trái Đất không nhận được bức xạ Mặt Trời vào ban đêm, trong khi các vùng gần xích đạo nhận nhiều bức xạ hơn so với các cực Điều này tạo ra sự khác biệt về áp suất không khí giữa xích đạo và các cực, cũng như giữa mặt ban ngày và ban đêm, từ đó hình thành gió Sự xoay tròn của Trái Đất cũng làm xoáy không khí, và với trục nghiêng của Trái Đất so với quỹ đạo quanh Mặt Trời, các dòng không khí theo mùa được hình thành.
Do ảnh hưởng của hiệu ứng Coriolis từ sự quay của Trái Đất, không khí di chuyển từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không theo đường thẳng mà tạo thành các cơn gió xoáy với chiều hướng khác nhau giữa Bắc và Nam bán cầu Từ không gian, có thể thấy rằng ở Bắc bán cầu, không khí vào vùng áp thấp xoáy ngược chiều kim đồng hồ và ra khỏi vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ, trong khi ở Nam bán cầu thì chiều xoáy ngược lại.
Gió không chỉ chịu ảnh hưởng của các yếu tố toàn cầu mà còn bị tác động bởi địa hình từng khu vực Vào ban ngày, đất nóng lên nhanh hơn nước do có nhiệt dung khác nhau, tạo ra sự chênh lệch áp suất và gió thổi từ biển hoặc hồ vào đất liền Ngược lại, vào ban đêm, đất liền nguội đi nhanh hơn nước, dẫn đến hiện tượng gió thổi từ đất liền ra biển Năng lượng gió được định nghĩa là động năng của không khí chuyển động với vận tốc , và khối lượng không khí đi qua một mặt phẳng vuông góc với chiều gió trong thời gian t có thể được tính toán.
(2.1) với ρ là tỷ trọng của không khí, V là thể tích khối lương không khí đi qua mặt cắt ngang hình tròn diện tích A, bán kinh r trong thời gian t
Vì thế động năng E (kin) và công suất P của gió là:
Công suất gió tăng theo lũy thừa 3 của vận tốc gió, do đó, vận tốc gió là yếu tố quan trọng quyết định khả năng khai thác năng lượng gió.
Công suất gió có thể được khai thác thông qua tuốc bin gió để phát điện, nhưng chỉ chiếm một phần nhỏ so với năng lượng thực sự của luồng gió, vì vận tốc gió phía sau tuốc bin không thể giảm xuống bằng không Theo lý thuyết, tối đa chỉ có thể khai thác 59,3% năng lượng có trong luồng gió Tỷ lệ giữa công suất khai thác được và công suất tồn tại trong gió được gọi là hệ số Betz, do Albert Betz phát hiện vào năm 1926.
Khi năng lượng được khai thác từ gió, tốc độ gió sẽ giảm Tuy nhiên, vì khối lượng không khí vào và ra khỏi tuốc bin gió phải giữ nguyên, luồng gió ra sẽ cần mở rộng mặt cắt ngang để thích ứng với tốc độ chậm hơn Do đó, việc chuyển đổi hoàn toàn năng lượng gió thành năng lượng quay qua một tuốc bin gió là không khả thi, vì lượng không khí phía sau tuốc bin phải ở trạng thái tĩnh.
Năng lượng gió tại Việt Nam
Tiềm năng năng lượng gió tại Việt Nam được đánh giá là trung bình, với hầu hết các khu vực trên đất liền có năng lượng gió thấp và khai thác không hiệu quả Chỉ một số nơi có địa hình đặc biệt mới có gió tương đối tốt, nhưng công suất vẫn không lớn Dọc theo bờ biển và trên các hải đảo, năng lượng gió có tiềm năng tốt hơn, đặc biệt là đảo Bạch Long Vĩ với tốc độ gió trung bình năm đạt 7.1-7.3m/s Các khu vực như đảo Trường Sa, Phú Quí, Côn Đảo cũng có tốc độ gió từ 4.0-6.6m/s Tuy nhiên, tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam chưa được đánh giá đầy đủ do phần lớn dữ liệu chỉ được thu thập từ các trạm khí tượng thủy văn ở độ cao 10m đến 12m.
32 thiếu số liệu về năng lượng gió ở các độ cao trên 40m Hiện nay đang có khoảng 10 cột đo gió ở độ cao từ 30m đến 60m
Theo dữ liệu từ Ngân Hàng Thế Giới năm 2000, Việt Nam có sự khác biệt về tốc độ và chiều gió trung bình giữa các vùng do điều kiện địa lý và thời tiết đa dạng.
- Vùng Tây Bắc Việt Nam (Lai Châu, Điện Biên Sơn La) có vận tốc gió trung bình hàng năm khoảng từ 0.5 – 1.9m/s
Khu vực miền núi phía Bắc, bao gồm Cao Bằng, Lạng Sơn và Sa Pa, có vận tốc gió trung bình từ 1.5 đến 3.1 m/s, với vận tốc cực đại trung bình vượt quá 40 m/s.
- Đồng Bằng Bắc Bộ (Tam Đảo, Hà Nội) có vận tốc gió trung bình khoảng 2.0 – 3.5m/s Vận tốc trung bình cực đại trên 35m/s
- Vùng bờ biển từ Móng Cái tới Hòn Gai, Phú Liên, Thanh Hóa, Vinh, Đồng Hới có vận tốc gió trung bình tăng, khoảng 2.0 – 4.0m/s Cực đại trên 50m/s
Vùng bờ biển từ Huế đến Tuy Hòa, bao gồm các thành phố như Huế, Đà Nẵng, Quảng Ngãi, Quy Nhơn và Tuy Hòa, có vận tốc gió trung bình ổn định từ 3.0 đến 5.0 m/s, với cực đại có thể vượt quá 35 m/s.
- Vùng bờ biển từ Nha Trang tới Rạch Giá (Nha Trang, Phan Thiết, Vũng Tàu, Phú Quốc, Rạch Giá) có vận tốc trung bình 2.4–6.1m/s, cực đại trên 30m/s
- Vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long (Thành phố Hồ Chí Minh, Cần Thơ, Cà Mau) có vận tốc gió trung bình khoảng 2.2–4.0m/s, cực đại 26m/s
- Tây Nguyên (Đà Lạt, Pleiku) có vận tốc gió trung bình khoảng 2.4–4.5m/s, cực đại 24m/s
Việt Nam đã triển khai nhiều dự án năng lượng gió, trong đó nhà máy phát điện gió đầu tiên nằm tại huyện đảo Bạch Long Vỹ, TP Hải Phòng, với công suất 800KW và vốn đầu tư 0.87 triệu USD (14 tỉ đồng) Giá bán điện là 0.05 USD/KWh (750 VNĐ/KWh), cho thấy thời gian hoàn vốn khoảng 7 - 8 năm Dù năm 2005 có 3 cơn bão lớn với tốc độ gió vượt cấp 12, turbine gió vẫn hoạt động an toàn Tiếp theo, nhà máy điện gió thứ hai tại huyện đảo Lý Sơn, Quảng Ngãi, cũng hoạt động bằng sức gió và kết hợp máy phát điện.
Dự án điện diesel có tổng công suất 7MW và tổng vốn đầu tư gần 200 tỷ đồng, được chia thành 3 giai đoạn Giai đoạn 1, thực hiện trong hai năm 2007 và 2008, có công suất 2.5 MW với vốn đầu tư 80 tỷ đồng, cung cấp điện cho 4000 hộ dân với gần 20000 nhân khẩu Giai đoạn 2 nâng công suất lên 5MW, thực hiện từ năm 2008 đến 2009, trong khi giai đoạn 3 từ năm 2009 đến 2012 sẽ nâng tổng công suất lên trên 10MW.
Nhiều dự án điện gió lớn đang được triển khai nhằm hòa vào lưới điện quốc gia, trong đó có Nhà máy phong điện 3 tại khu kinh tế Nhơn Hội, Bình Định, với tổng vốn đầu tư trên 35.7 triệu USD Dự án này bao gồm 14 turbine và 14 máy biến áp đồng bộ cùng các thiết bị liên quan Dự kiến, nhà máy sẽ sản xuất khoảng 55 triệu kWh điện mỗi năm sau khi đi vào hoạt động vào cuối năm 2008 Hiện tại, một nhà máy điện gió lớn cũng đang được xây dựng tại Bình Thuận.
Một dự án đầu tư lớn tại Việt Nam đang được triển khai, đó là xây dựng nhà máy điện gió với công suất 120 MW và tổng vốn đầu tư 120 triệu USD (gần 2000 tỷ đồng), do tập đoàn EurOriont làm chủ đầu tư Để dễ hình dung, dự án này có mức đầu tư tương đương với thủy điện - thủy lợi Rào Quán ở Quảng Trị, nơi có vốn đầu tư 2000 tỷ đồng nhưng chỉ đạt công suất phát điện 64 MW.
Các dự án điện gió hiện nay có suất đầu tư khoảng 1000 USD/kW và khả năng thu hồi vốn trong vòng 10 năm Giá thành sản xuất điện từ nguồn năng lượng này ước tính không vượt quá 5 US cents/kWh.
Tính đến năm 2010, chi phí đầu tư cho nguồn điện gió đã giảm xuống còn khoảng 700-800 USD/kW, với giá thành sản xuất điện dao động từ 3.5 đến 4.0 US cents/kWh Năng lượng gió đặc biệt hữu ích cho các khu vực vùng sâu, vùng xa và hải đảo khi triển khai quy mô nhỏ Trong khi đó, các dự án quy mô lớn thường được phát triển ở những vùng đất trống, khô cằn tại khu vực Nam Trung Bộ, như Quảng Ngãi, Bình Định, Khánh Hòa và Bình Thuận.
Các kiểu turbine gió
2.4.1 Turbine gió trục đứng và trục ngang
Turbine gió có hai loại chính là turbine gió trục ngang (HAWT) và turbine gió trục đứng (VAWT) Các cánh quạt gió được thiết kế với nhiều hình dáng khác nhau như cánh buồm, mái chèo và hình chén, phù hợp với từng loại turbine.
“bắt” năng lượng gió để tạo ra mô men quay trục turbine
Turbine gió trục ngang (HAWT) có thiết kế với rô to kiểu chong chóng và trục chính nằm ngang, thường sử dụng 3 cánh quạt để đạt hiệu suất tối ưu Các thành phần của HAWT được sắp xếp theo hướng gió, cho phép cánh quạt quay được điều khiển qua bộ nhông và trục Mặc dù loại turbine này không bị ảnh hưởng bởi sự xáo trộn luồng khí, nhưng cần có hệ thống điều chỉnh hướng gió cơ khí để đảm bảo các cánh quạt luôn hướng thẳng góc với chiều gió.
Hình 2.5 Cấu tạo turbine trục đứng và trục ngang
9 Chiều gió phía sau rô to
12 Độ cao kính xích đạo
13 Cánh rô to với góc bước cố định
Turbine gió trục đứng (VAWT) có thiết kế cánh quạt dọc theo trục chính, cho phép hoạt động hiệu quả ở mọi hướng gió mà không cần điều chỉnh Việc bảo trì và vận hành loại turbine này rất thuận tiện vì các bộ phận chính như máy phát và hệ thống truyền động được đặt trên mặt đất Tuy nhiên, loại turbine này yêu cầu không gian rộng hơn để lắp đặt các dây chằng hỗ trợ hệ thống.
2.4.2 So sánh máy phát điện gió trục đứng và trục ngang Đã có nhiều tranh luận xoay quanh vấn đề này, có thể nói bắt đầu từ khi phát minh ra các bộ chuyển đổi năng lượng gió Các chuyên gia đã đưa ra nhiều quan điểm khác nhau Dennis G.Shepherd đã so sánh hai loại turbine này một cách toàn diện nhất trong tác phẩm “Năng lượng gió”, ông đã đưa ra những ưu và nhược điểm tương đối của hai loại turbine này như sau: Ưu điểm của VAWT so với HAWT:
Turbine gió trục đứng (VAWT) là một loại máy phát điện gió không cần phải hướng theo chiều gió, khác với turbine gió trục ngang (HAWT) yêu cầu hệ thống xoay hướng phức tạp Điều này giúp VAWT hoạt động hiệu quả hơn trong nhiều điều kiện gió khác nhau.
VAWT được lắp đặt trực tiếp trên mặt đất, khác với HAWT cần được nâng lên cao bằng tháp Điều này giúp việc lắp đặt và bảo trì hộp số, máy phát và hệ thống cơ khí điều khiển trở nên thuận tiện và dễ dàng hơn.
Với cùng một công suất ngõ ra, tổng chiều cao của turbine gió trục ngang (HAWT) sẽ cao hơn nhiều so với loại trục đứng Darrieus, điều này gây tác động rõ rệt đến môi trường xung quanh Do đó, turbine gió trục đứng được xem là thân thiện với môi trường hơn so với turbine trục ngang.
Các cánh quạt của VAWT không bị phải chịu đựng áp lực khi xoay Cánh của VAWT rẻ và bền cao hơn so với HAWT
VAWT được thiết kế sao cho tải ly tâm được cân bằng bởi các lực trên cánh quạt, như vậy tránh được mô men xoắn
VAWT nói chung không thể tự khởi động được Rô to Savonious là một ngoại lệ nhưng nó có hiệu suất khá thấp
VAWT được lắp đặt trên mặt đất, do đó nó phụ thuộc vào gió có tốc độ thấp và biến đổi liên tục Với cùng diện tích quét và trọng lượng, công suất đầu ra của VAWT thường thấp hơn so với HAWT.
Các dây cáp chằng VAWT chiếm nhiều diện tích, gây khó khăn trong việc sử dụng đất bên dưới turbine, nơi thường được canh tác và trồng trọt.
Toàn bộ trọng lượng của tuabin gió trục đứng (VAWT) được hỗ trợ bởi bộ đệm đỡ phía dưới, có độ cứng, linh hoạt và độ tin cậy cao trong quá trình vận hành Tuy nhiên, khi bộ đệm này gặp sự cố, việc sửa chữa hoặc thay thế sẽ yêu cầu phải tháo dỡ toàn bộ máy phát.
Đối với tuabin gió trục đứng (VAWT), mô men quay và công suất ngõ ra biến đổi thất thường theo chu kỳ khi cánh quạt di chuyển vào và ra khỏi vùng tác động của gió trong mỗi vòng quay Ngược lại, tuabin gió trục ngang (HAWT) có mô men quay và công suất ngõ ra ổn định hơn.
Do mô men quay của VAWT thay đổi tuần hoàn, nó tạo ra nhiều tần số dao động tự nhiên, gây nguy hiểm cho rô to nếu không được kiểm soát Cần có bộ điều khiển cơ khí để loại bỏ nhanh chóng sự cộng hưởng này, tránh hư hỏng nghiêm trọng Ngược lại, HAWT được thiết kế kỹ lưỡng sẽ không gặp phải những vấn đề rung động như vậy.
Sự phát triển của turbine trục ngang sẽ bị giới hạn trong tương lai do tải trọng cánh quạt ngày càng lớn Mặc dù turbine trục đứng có hiệu suất thấp hơn, nhưng chúng không chịu áp lực lớn từ tải trọng, điều này giúp mở rộng kích thước so với turbine trục ngang.
Các nhà phân tích cho rằng, về mặt hiệu quả kinh tế, turbine trục đứng có công suất khoảng 10 MW, nếu được phát triển trước đây, có thể đạt được hiệu suất tương đương với turbine trục ngang hiện nay nhưng với chi phí trên mỗi đơn vị công suất thấp hơn nhiều Do đó, sự khác biệt về hiệu suất giữa turbine trục đứng (19% đến 40%) và turbine trục ngang (56%) không còn là vấn đề quan trọng.
Turbine trục ngang và trục đứng đều có những ưu và nhược điểm riêng Turbine trục ngang có hiệu suất cao nhưng chi phí lớn và hệ thống phức tạp, chỉ hoạt động hiệu quả khi có vận tốc gió lớn Ngược lại, turbine trục đứng có hiệu suất thấp hơn nhưng dễ thiết kế, bảo trì và có giá thành rẻ, đồng thời hoạt động tốt trong điều kiện gió thấp và khi chiều gió thay đổi liên tục.
Cấu tạo của tuabin gió
Các thành phần của máy phát điện gió được mô tả như Hình 2.6 Máy phát điện gió hầu hết đều có các thành phần chính như sau:
Cánh rô to là bộ phận quan trọng của turbine, có chức năng thu năng lượng gió và chuyển đổi nó thành năng lượng cơ để quay trục turbine Thay đổi góc pitch của cánh giúp tối ưu hóa lượng năng lượng thu được từ gió.
Hub: Hub là điểm tâm nơi các cánh gắn vào và gắn liền với trục tốc độ thấp
Hộp số (Gear box): Hộp số là hộp chuyển đổi vận tốc quay từ trục tốc độ thấp sang trục tốc độ cao
Phanh (Brake) là một bộ phận quan trọng trong turbine, có cấu tạo tương tự như phanh xe hơi, giúp hãm và dừng hoàn toàn tất cả các thành phần của turbine trong quá trình sửa chữa và bảo trì Đối với các turbine cỡ lớn, thường được trang bị hai hệ thống phanh độc lập để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành.
Máy phát điện là thiết bị chính chuyển đổi năng lượng cơ học từ trục tốc độ cao thành điện năng ở đầu ra, được kết nối trực tiếp với trục này.
Máy đo tốc độ và hướng gió (Anemometer and Wind vane): Hai thiết bị này sử dụng để xác định vận tốc gió và chiều gió
Bộ xoay hướng gió (Yaw drive) có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh cánh quạt của turbine gió sao cho luôn vuông góc với luồng gió Tuy nhiên, đối với turbine trục đứng, bộ phận này lại không cần thiết.
Bộ điều khiển là hệ thống máy tính giám sát và điều chỉnh hoạt động của turbine, đảm bảo cánh quạt luôn hướng vuông góc với chiều gió và tối ưu hóa góc pitch để thu năng lượng hiệu quả Trong trường hợp gió bão hoặc sự cố, bộ điều khiển sẽ tự động dừng toàn bộ hệ thống để đảm bảo an toàn.
Tháp (Tower): Tháp là trụ chính để đỡ toàn bộ hệ thống
Thùng chứa (Nacelle): Thùng chứa là thùng chứa toàn bộ các thành phần hệ thống trừ cánh
Hình 2.6 Các thành phần của turbine gió
Nguyên lý hoạt động của tuabin gió
Động năng của khối không khí có trọng lượng m, thổi với vận tốc u theo chiều x là:
A : Diện tích cắt ngang của khối khí đi qua, đơn vị là m 2 ; ρ : Mật độ không khí, đơn vị kg/m 3 ; x : Độ dày khối khí, đơn vị m;
Giả sử khối khí đó được biểu diễn như Hình 2.7, với chiều x di chuyển theo vận tốc u, ta thấy động năng tăng đều theo x, vì khối khí tăng đều
Như vậy, năng lượng của gió Pw, chính là đạo hàm động năng theo thời gian:
Công suất thu được từ gió, ký hiệu là P_w, được tính cho cả trục đứng và trục ngang của turbine Turbine sẽ khai thác năng lượng gió theo chiều x, và công thức (2-2) chỉ ra rằng toàn bộ năng lượng có thể thu được từ diện tích A.
Hình 2.7 Năng lượng của khối không khí
Mặt khác, ta biết mật độ không khí được biểu diễn theo đẳng thức:
40 p : là áp suất, đơn vị là Pa
Như vậy, năng lượng gió từ đẳng thức (2-2) được biểu diễn lại như sau:
Trong điều kiện bình thường, áp suất không khí là 101.3 Pa và nhiệt độ là 273 K Phương trình tính toán liên quan đến diện tích quét A (m²) và vận tốc gió u (m/s) có thể được rút gọn.
Phương trình tổng quát (2-4) là lựa chọn phù hợp khi lắp đặt turbine gió ở độ cao hàng trăm mét so với mực nước biển hoặc khi nhiệt độ có sự chênh lệch đáng kể so với 0°C.
Khi khối không khí tiếp cận turbine gió có đường kính d1 với vận tốc u1 và áp suất p1, vận tốc sẽ giảm khi tiếp xúc với turbine, khiến luồng khí giãn ra với đường kính d2 Áp lực không khí tăng cực đại ngay trước turbine và giảm ngay sau khi vượt qua nó, do động năng trong không khí được chuyển hóa thành năng lượng tiềm ẩn, làm tăng áp suất Sau khi rời khỏi turbine, động năng vẫn còn được chuyển đổi để áp suất không khí trở lại bình thường, dẫn đến việc tốc độ gió tiếp tục giảm cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng Cuối cùng, khi tốc độ gió giảm xuống mức thấp, tốc độ khối khí sẽ tăng trở lại sao cho u4 = u1, tương ứng với bầu không khí xung quanh.
Hình 2.8 Biểu diễn luồng khí thổi qua một turbine gió lý tưởng
Có thể biểu diễn theo các điều kiện tối ưu, khi công suất cực đại được truyền từ khối khí sang turbine Ta có các quan hệ sau:
Khi đó công suất cơ thu được từ gió sẽ có sự khác biệt giữa ngõ vào và ngõ ra:
Đẳng thức P m lý tưởng cho thấy rằng một turbine lý tưởng có khả năng thu được 8/9 năng lượng từ luồng gió tự nhiên Tuy nhiên, như hình 2.8 đã chỉ ra, khối khí có diện tích nhỏ hơn diện tích của turbine, điều này có thể dẫn đến sai lệch trong kết quả do diện tích A1 khó xác định.
Phương pháp bình thường biểu diễn phần năng lượng thu được theo tốc độ gió u 1 và diện tích turbine A2 Phương pháp này cho ta:
Hệ số Betz, được xác định là 16/27 hay 0.593, cho thấy rằng một turbine gió không thể thu được quá 59.3% năng lượng từ khối khí trong cùng một diện tích Thực tế cho thấy, năng lượng thu được thường thấp hơn do sự không hoàn hảo của hệ thống cơ khí Trong điều kiện tối ưu, turbine chỉ có thể khai thác khoảng 35% - 40% năng lượng từ gió, mặc dù có ý kiến cho rằng có thể đạt tới 50% Một turbine thu được 40% năng lượng từ gió, tức là khoảng 2/3 năng lượng lý tưởng, được xem là rất hiệu quả.
Hiệu suất turbine gió
Hiệu suất của turbine gió, được xác định bởi giá trị C p, quyết định lượng năng lượng thu được từ năng lượng gió Theo luật Benz, hiệu suất tối ưu của turbine gió là 59.3%, nhưng trong thực tế, hầu hết các turbine chỉ đạt hiệu suất từ 20-30% Do đó, công suất cơ ngõ ra và công suất làm quay trục tốc độ thấp có thể được biểu diễn theo đẳng thức: w p p m C Au C P.
Turbine Darrieus hoạt động với góc pitch cố định, trong khi các turbine trục ngang lớn thường có góc pitch thay đổi Việc điều chỉnh góc pitch giúp tối ưu hóa hệ số công suất (C p) theo tốc độ quay của turbine (u r) Đôi khi, C p có thể được điều chỉnh giảm khi công suất đầu ra (P w) tăng theo tốc độ gió, nhằm duy trì công suất ngõ ra ở mức định mức của turbine.
C p không phải là một hằng số cố định, mà biến đổi tùy thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ gió, tốc độ quay (TSR) của turbine, cũng như các thông số của cánh như góc tới, góc pitch và kiểu dáng của cánh.
Bảng 2.2 Hiệu suất turbine ứng với từng kiểu khác nhau
Hệ thống năng lượng gió Hiệu suất %
Turbine bơm nước nhiều cánh dùng cho nông trại 10 20
Turbine bơm nước kiểu cánh buồm 10 25
Turbine bơm nước kiểu Darrieus 15 30
Máy phát điện nhỏ turbine kiểu Savonius 10 20
Máy phát điện turbine kiểu chong chóng được phân loại theo công suất: máy phát điện cỡ nhỏ (dưới 2kW) có hiệu suất từ 20 đến 30%, máy phát điện cỡ trung (từ 2-10kW) cũng đạt hiệu suất 20 đến 30%, trong khi máy phát điện cỡ lớn (trên 10kW) có hiệu suất cao hơn, dao động từ 30 đến 45%.
Máy phát điện gió kiểu Darrieus 15 35
Thiết kế máy phát điện gió công suất nhỏ
Lưu đồ tính toán thiết kế cho máy phát điện gió công suất nhỏ, sử dụng turbine trục đứng và cánh Lenz2, đã được tóm tắt thành các bước thiết kế đơn giản.
Bước đầu tiên trong việc cung cấp điện bằng năng lượng gió là khảo sát gió, nhằm đo tốc độ gió ở các khu vực cần thiết Quá trình này yêu cầu thực hiện khảo sát liên tục trong suốt cả ngày và cần sử dụng thiết bị đo gió, như hình 2.9.
Hình 2.9 Thiết bị đo vận tốc gió
Bước 2: Xác định vận tốc gió
Số liệu khảo sát gió thường xuyên thay đổi, do đó giá trị được xác định dựa trên các số liệu khảo sát gió Giá trị này được chọn dựa trên tần suất xuất hiện cao nhất của giá trị gió trong khảo sát.
Bước 3: Xác định được giá trị công suất điện P e ở ngõ ra mong muốn
Khi lựa chọn công suất ngõ ra cho máy phát điện gió, cần xem xét công suất mà máy có thể đạt được ở vận tốc gió thường xuyên Đây là công suất thực tế thu được sau khi qua máy phát điện.
Bước 4: Xác định ước lượng diện tích cánh A sẽ thiết kế trong máy phát điện gió
Diện tích cánh gió phụ thuộc vào chiều cao và độ rộng của cánh Cánh gió có bán kính nhỏ sẽ quay nhanh hơn, nhưng mô men quay sẽ giảm Ngược lại, cánh gió lớn sẽ quay chậm hơn nhưng tạo ra mô men quay lớn hơn Cách xác định diện tích cánh gió là rất quan trọng trong thiết kế turbine.
A=dm *h (m 2 ) Trong đó: A: Diện tích cánh gió (m 2 ) dm là đường kính cánh rô to (m); h là chiều cao cánh rô to (m)
Để tính công suất gió tối đa thu được từ diện tích cánh rô to A (m²) ở nhiệt độ bình thường, bạn cần áp dụng công thức phù hợp.
Pw : Công suất gió (W) A: Diện tích cánh gió (m 2 ) u: Vận tốc gió (m/s)
Bước 6: Tính công suất cơ làm quay trục rô to: Pm = Cp*Pw (W) Đối với loại kiểu dáng cánh Lenz2 có tỷ số tối ưu TSR là 0.8; C p 0.389
Bước 7: Công suất truyền qua bộ truyền động với hiệu suất truyền động là m : m m t P
P (W) Để xác định được hiệu suất truyền động:
Tính tốc độ quay của rô to cánh gió: r m n u
Lựa chọn tỷ số truyền động i:
Với tốc độ quay của máy phát điện là n, tính được tỷ số truyền động i = n1/n2;
- Nếu i ≤ 7 thì lựa chọn một tầng bánh răng;
- Nếu 8 ≤ i ≤ 40 thì lựa chọn 2 tầng bánh răng, nếu như tỷ số truyền lớn hơn có thể chọn 3 hoặc 4 tầng bánh răng;
Hiệu suất truyền động được tính như sau: nếu lựa chọn 1 tầng thì hiệu suất là 0.99 và nếu thêm 1 tầng nữa thì hiệu suất sẽ giảm đi 1% nữa;
Bước 8: Công suất ngõ ra Pout của máy phát, với g là hiệu suất của máy phát điện: t g out P
Bước 9: Kiểm tra công suất ngõ ra Pout
Nếu Pout < Pe thì phải tăng lại diện tích cánh, tức phải quay lại Bước 4 để thực hiện lại việc chọn diện tích cánh phù hợp
Nếu Pout > Pe thì thực hiện tiếp bước 10
Bước 10: Đưa ra chi tiết kết quả:
Vận tốc gió định mức u (m/s);
Diện tích cánh rô to A (m 2 ): đường kính cánh rô to dm (m); chiều cao cánh rô to h (m); số lượng cánh: 3 cánh; độ dày mỗi cánh: m = 0.1875*dm (m); chiều dài cánh: l = 0.4*dm(m)
Bộ truyền động bao gồm các yếu tố quan trọng như tỷ số truyền i, tốc độ quay của rô to n2 (vòng/phút), tốc độ quay của máy phát n1 (vòng/phút), số tầng bánh răng q và số răng của bánh răng ở mỗi tầng, với bánh răng cơ sở có x răng.
Công suất đạt được Pout;
Hình 2.10 Mô hình máy turbine gió trục đứng, kiểu dáng cánh Lenz2
Tất cả các bước thiết kế máy phát điện gió công suất nhỏ loại trục đứng với kiểu dáng cánh Lenz2 được trình bày rõ ràng trong lưu đồ ở Hình 2.11.
Hình 2.11 Lưu đồ thiết kế máy phát điện gió công suất nhỏ trục đứng, kiểu dáng cánh Lenz2
Tính toán thiết kế mô hình gió điển hình
2.9.1 Tiêu chí thiết kế máy phát điện gió công suất nhỏ
Dễ vận hành và bảo dưỡng
Thay đổi được tốc độ nhờ bộ truyền động
Thay đổi được diện tích cánh rô to
Ít duy tu, bảo quản
Công suất ngõ ra dự kiến của máy phát điện gió ở mức thường xuyên là khoảng 400W
Hình 2.12 Cấu tạo của hệ thống máy phát điện gió công suất nhỏ dạng trục đứng với kiểu dáng cánh Lenz2
2.9.2 Tính toán lựa chọn, thiết kế máy phát điện gió công suất nhỏ
Trong máy phát điện gió bao gồm tất cả các bộ phận như sau:
Rô to: cánh rô to, cánh tay đòn, hub
Bộ truyền động là hộp số có chức năng chuyển đổi tỷ số truyền động trong cơ cấu truyền động, chủ yếu là hộp tăng tốc độ, giúp nâng cao tốc độ từ tốc độ thấp của rô to cánh gió lên tốc độ cao hơn của máy phát điện.
Trụ quay và giàn đỡ
Để thiết kế một hệ thống năng lượng gió hiệu quả, cần xác định các thông số quan trọng liên quan đến bộ phận nén và tích trữ điện cũng như bộ phận xã điện Những thông số này sẽ được sử dụng trong quá trình tính toán năng lượng gió.
Vận tốc gió định mức được xác định thông qua khảo sát gió, với giá trị trung bình của vận tốc gió tại vị trí đặt turbine.
Loại trục turbine là loại turbine trục đứng hay trục ngang
Diện tích quét rô to
Mô hình thiết kế và thi công máy phát điện gió turbine trục đứng (VAWT) sử dụng kiểu dáng cánh Lenz2, được lựa chọn vì tính dễ dàng trong thiết kế và thi công so với các loại cánh khác Các thông số đầu vào và đầu ra được trình bày trong Bảng 2.3.
Bảng 2.3 Các thông số đầu vào và đầu ra của mô hình
Vận tốc gió định mức: 8 m/s
Tỷ số tốc độ TRS 0.8
Kiểu dáng cánh Lenz2 Đường kính rô to (cực đại ) 2m
Diện tích quét rô to 6m 2
Công suất ngõ ra 400W Đường kính và số tầng Cố định
Chất liệu cánh Cánh tôn Độ dày phù hợp
Chất liệu giàn và trụ đỡ
Sắt và thép Sắt ống, vuông –
Tính toán thiết kế và công suất ngõ ra:
1 Công suất thu được từ gió:
Coi như mô hình được đặt và thử nghiệm ở điều kiện môi trường bình thường Ở điều kiện bình thường, công suất gió sử dụng công thức (2–5):
2 Hiệu suất của turbine gió:
Theo tỷ số TRS tối ưu của Lenz2 là 0.8 Sử dụng công thức để tính hiệu suất turbine:
Với 0.5TSR1.0: C p 0 196 TSR 0 23233 = 0.389 là hiệu suất tối ưu của turbine gió trục đứng kiểu dáng cánh Lenz2
3 Hiệu suất của bộ truyền động:
+ Tốc độ quay của rô to cánh quạt được tính theo công thức: r m n u
Tốc độ của máy phát điện n1 được xác định bởi tỷ số truyền i = n1/n2, với điều kiện 8 ≤ i ≤ 40 Để đảm bảo việc truyền động hiệu quả, việc chọn 2 tầng bánh răng là hợp lý, giúp duy trì hiệu suất còn lại ở mức 98% Mỗi tầng bánh răng có thể mất đi 1% hiệu suất, nhưng nếu được bôi trơn và đặt trong hộp kín, hiệu suất của bộ truyền động sẽ đạt ηm = 0.98.
4 Hiệu suất của máy phát điện:
Hiệu suất của máy phát điện dao động từ 27.8% đến 82.2%, tùy thuộc vào tốc độ quay của rô to Trong thí nghiệm, hiệu suất trung bình được giả định đạt 80%.
5 Hiệu suất toàn hệ thống:
Hiệu suất toàn hệ thống được tính theo công thức như sau: gR mR
C pR = 0.389 là hiệu suất của turbine;
mR = 0.98 là hiệu suất của bộ truyền động;
gR = 0.8 là hiệu suất của máy phát điện
6 Công suất toàn hệ thống:
Công suất toàn hệ thống được tính theo công thức như sau:
Chương này nhằm cung cấp cho sinh viên cái nhìn tổng quan về năng lượng gió, tiềm năng phát triển năng lượng gió tại Việt Nam, các loại turbine gió, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của turbine gió, mối quan hệ giữa các thông số trong máy phát điện gió, và lưu đồ thiết kế máy phát điện gió công suất nhỏ.
Câu 1: Anh/chị hãy trình bày lịch sử sử dụng năng lượng gió của loài người?
Câu 2: Anh/chị hãy cho biết thực trạng, tiềm năng ứng dụng năng lượng gió tại Việt Nam
Câu 3: Anh/chị hãy trình bày các kiểu turbine gió? So sánh máy phát điện gió trục đứng và trục ngang?
Câu 4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của turbine gió?
Câu 5: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất máy phát điện gió?