LỜI CÁM ƠN
Được sự phân công của Viện Môi trường Trường Đại học Hàng Hải Việt
Nam và sự đồng ý của Thầy giáo hướng dẫn TS.Phạm Tiến Dũng, em đã thực
hiện đề tài: “ Nghiên cứu, đánh giá hiện trạng năng lượng gió và đề xuất các giải
pháp nhằm phát triển năng lượng gió tại Việt Nam”.
Để hoàn thành luận văn này, em xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo
đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn
luyện ở Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam, đặc biệt là các thầy cô trong Viện
Môi Trường.
Em xin chân thành cám ơn Thầy giáo hướng dẫn TS.Phạm Tiến Dũng đã
tận tình, chu đáo hướng dẫn em thực hiện luận văn này.
Mặc dù có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất,
song do thời gian cũng như hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên em không
thể tránh khỏi những sai sót nhất định mà bản thân chưa nhận thấy được. Em rất
mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn để luận văn được hoàn chỉnh
hơn.
Em xin chân thành cám ơn!
Hải Phòng, ngày tháng năm 2015
Sinh viên
Nguyễn Thị Thái Vi


MỤC LỤC


MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI
BTU

British thermal unit - đơn vị nhiệt Anh

GWEC Global Wind Energy Council - Hội đồng năng lượng gió toàn cầu

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng
1.1
2.1
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6

Tên bảng
Trang
Tiêu thụ năng lượng và lượng khí thải CO2 của Thế giới chia
8
theo khu vực 1990-2025
15
Hướng gió tự nhiên ở các vĩ độ khác nhau
Công suất và tốc độ gia tăng điện gió ở một số nước trên thế
31
giới (2011-2013)
32
Phân loại tuabin gió theo công suất
Tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam tại độ cao 65m
36
theo Atlas gió năm 2001
Tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam tại độ cao 80m theo
36
Atlas gió năm 2010
Thống kê diện tích tiềm năng gió lí thuyết theo tỉnh (km2)

Cấu tạo chi tiết của tuabin gió
Công suất điện gió toàn cầu cài đặt hằng năm và tích lũy
(1997-2014)
Atlas gió Việt Nam năm 2001, độ cao 65m

Trang
4
4
7
15
16
20
21
21
30
35


MỞ ĐẦU
Thực tế chứng minh, năng lượng đóng vai trò quan trọng trong tăng
trưởng kinh tế và bảo vệ môi trường cũng như trong cuộc sống của con người.
Hiện nay cùng với sự phát triển kinh tế và gia tăng dân số dẫn đến tốc độ tiêu
thụ năng lượng ngày càng tăng, làm cho các nguồn năng lượng truyền thống
ngày càng trở nên khan hiếm. Thách thức lớn đối với hầu hết các quốc gia trên
thế giới chính là việc thỏa mãn nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng. Một
trong những vấn đề về năng lượng là sự thiếu hụt điện do việc sử dụng điện
ngày càng gia tăng nhằm phục vụ cho các nhu cầu như sinh hoạt, sản xuất và các
mục đích khác. Bên cạnh đó, sự biến đổi khí hậu toàn cầu đang diễn ra nhanh và
khó lường trong những năm gần đây là hậu quả lâu dài của việc sử dụng quá
nhiều các nhiên liệu hóa thạch. Do vậy, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói

yếu: Năng lượng mặt trời và năng lượng lòng đất.” (Trích Bộ tài nguyên và môi
trường - Tổng cục môi trường (VEA)).
•

Năng lượng mặt trời tồn tại ở các dạng chính: bức xạ mặt trời, năng lượng

sinh học (sinh khối động thực vật), năng lượng chuyển động của khí quyển
và thủy quyển (gió, sóng, các dòng hải lưu, thủy triều, dòng chảy sông…),
năng lượng hóa thạch (than, dầu, khí đốt, hóa dầu).
• Năng lượng lòng đất gồm nhiệt lòng đất biểu hiện ở các nguồn địa nhiệt, núi
lửa và năng lượng phóng xạ tập trung ở các nguyên tố như U, Th, Po,…
Theo Chuyên đề năng lượng – VnGG Energy Group: “ Về cơ bản, năng
lượng được chia thành hai loại, năng lượng chuyển hóa toàn phần (không tái tạo)
và năng lượng tái tạo dựa vào đặc tính của nguồn nhiên liệu sinh ra nó.”
Năng lượng chuyển hóa toàn phần: đây là một dạng năng lượng mà nhiên liệu
sản sinh ra nó không có khả năng tái sinh và vĩnh viễn mất đi. Đại diện bao
gồm:
•

Năng lượng hóa thạch: các loại nhiên liệu được tạo thành bởi quá trình phân

hủy kị khí của các sinh vật chết bị chôn vùi cách đây hơn 300 triệu năm. Các
nguyên liệu này chứa hàm lượng cacbon và hydrocacbon cao.[12]
• Năng lượng hạt nhân: (hay nguyên tử năng) là một loại công nghệ hạt nhân
được thiết kế để tách năng lượng hữu ích từ hạt nhân nguyên tử thông qua
các lò phản ứng hạt nhân có kiểm soát[12].
“Năng lượng tái tạo (hay năng lượng tái sinh) là năng lượng từ những
nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn. Vô hạn có hai nghĩa
hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự
sử dụng của con người (ví dụ năng lượng mặt trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo

Thế giới ngày càng nổi cộm lên các cuộc tranh giành này. Như là dầu lửa, tuyến
đường vận chuyển cũng như thị trường sản xuất và tiêu thụ dầu lửa thường xảy
ra ở các khu vực phong phú nguồn tài nguyên thiên nhiên nhưng lại có tình hình
chính trị không ổn định như ở Trung Đông, Châu Phi…
Dân số tăng nhanh và tốc độ đô thị hóa chóng mặt trên toàn cầu cũng là
một yếu tố ảnh hưởng mạnh đến nhu cầu về năng lượng. Dân số thế giới tăng từ
khoảng 5,5 tỷ người trong năm 1993 lên tới 7 tỷ người vào năm 2010 trong đó
dân số của các nước thuộc tổ chức Hợp tác và Phát triển kinh tế (OECD) tăng
lên khoảng 100 triệu người ước tính vào khoảng 7%. Dân số ở các nước còn lại
(ROW-Rest of the World) sẽ tiếp tục tăng lên và vượt qua mức 78% trong năm
2010. Do vậy, dù mức tăng trưởng kinh tế ở những nước này phân bố đều ra cho
số dân thì thu nhập bình quân đầu người vẫn giảm, cho dù tổng sản phẩm quốc
nội có tăng lên. Khi dân số tăng thì số dân sống ở khu vực thành thị của các
nước ROW cũng tăng lên cộng thêm với quá trình đô thị hóa sẽ làm cho các đòi
hỏi về năng lượng tăng cao, như năng lượng sử dụng cho thắp sáng, công
nghiệp, giao thông vận tải, thương mại, dịch vụ…
Về nét chung của nhu cầu năng lượng thế giới, có ba điểm cần lưu ý. Thứ
nhất, nhu cầu về năng lượng của thế giới tiếp tục tăng lên đều đặn trong hơn hai
thập kỉ qua. Thứ hai là nguồn năng lượng hóa thạch vẫn chiếm 90% tổng nhu
7


cầu về năng lượng cho đến năm 2025. Thứ ba nhu cầu đòi hỏi về năng lượng của
từng khu vực trên thế giới cũng không giống nhau.
Ngay từ năm 2004, Tài liệu của Cơ quan Thông tin Năng lượng đã dự báo
rằng nhu cầu tiêu thụ tất cả các nguồn năng lượng đang có xu hướng tăng nhanh.
Giá của năng lượng hóa thạch dùng cũng vẫn rẻ hơn so với các nguồn năng
lượng khác.

Hình 1.1 Lịch sử và dự án sử dụng năng lượng trên Thế giới phân theo nguồn

Với nhu cầu sử dụng năng lượng hóa thạch và sự dao động về giá dầu như
hiện nay thì nguồn tài nguyên thiên nhiên quý hiếm mà chúng ta gọi là “vàng
đen” này cũng sẽ đứng trên bờ vực của sự cạn kiệt và đẩy thế giới vào một sự
khủng hoảng trầm trọng về năng lượng. Vấn đề nóng bỏng này sẽ chỉ có thể
được làm “hạ nhiệt” đi nếu như tìm ra được một nguồn năng lượng mới thay nó
hoặc tận dụng và tìm cách khai thác triệt để các nguồn năng lượng tuần hoàn sẵn
có trong tự nhiên như: năng lượng gió, năng lượng mặt trời hay các nguồn năng
lượng có thể tái tạo lại. Đây là nhiệm vụ rất lớn và là mối quan tâm của tất cả
các quốc gia trên thế giới trong việc giữ gìn một thế giới ổn định và phát triển,
nhưng giải quyết vấn đề này bằng cách nào, như thế nào thì lại là một bài toán
khó tìm ra lời giải và luôn mang tính thời sự nóng hổi ở khắp nơi trên toàn thế
giới.
1.3.

Năng lượng và các vấn đề về ô nhiễm môi trường và thay đổi khí hậu

Các nguồn năng lượng hóa thạch trên thế giới dần cạn kiệt, thêm nữa là
những vấn đề môi trường nảy sinh trong quá trình khai thác đã dẫn đến việc
khuyến khích sử dụng năng lượng tái tạo để giảm bớt sự ô nhiễm và tránh gây
cạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch. Nhưng do chưa có những điều luật cụ thể
về vấn đề này nên dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên vẫn được coi là nguồn nhiên
liệu chủ yếu để nhằm thỏa mãn những đòi hỏi về năng lượng và chính điều đó sẽ
dẫn đến sự cạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch trong một thời gian không xa.
9


“ Sản xuất và sử dụng năng lượng là nguyên nhân chủ yếu làm thay đổi
khí hậu” (Robert Priddle, Giám đốc điều hành, Cơ quan nguyên tử quốc tế
(IEA).”
Khi đề cập về tình hình dự trữ, khai thác hay sử dụng các nguồn năng

Tổng quan năng lượng năm 2004 (IEO 2004) đã dự đoán về sự phát sinh
khí thải CO2 có liên quan đến năng lượng chủ yếu là khí thải CO 2 do con người
gây ra trên toàn cầu. Căn cứ vào những kì vọng về tăng trưởng kinh tế khu vực
10


và sự lệ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch, IEO 2004 đã cho thấy sự thải
khí CO2 trên toàn cầu sẽ tăng nhanh hơn rất nhiều trong cùng một chu kì so với
những năm 1990. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) mới công bố, lượng
khí thải gây hiệu ứng nhà kính CO 2 trên toàn cầu đã tăng 1,4%, lên mức kỷ lục
31,6 tỷ tấn trong năm 2012. Sự tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch tăng cao đặc biệt là
ở những nước đang phát triển phải có trách nhiệm rất lớn đối với việc tăng rất
nhanh lượng khí thải cacbon đioxit bởi vì mức tăng trưởng kinh tế và sự gia tăng
dân số cao hơn nhiều lần so với các nước công nghiệp hóa, mà cùng với nó sẽ là
việc nâng cao mức sống, cũng như nhu cầu về năng lượng sử dụng trong quá
trình công nghiệp hóa. Về lượng khí thải CO2 trên toàn cầu, có thể thấy rằng các
nước đang phát triển sẽ chiếm đa phần trong việc sử dụng năng lượng trên thế
giới. Khí nhà kính nhiều nhất trong số những nước này chính là Trung Quốc,
quốc gia có tốc độ tăng trưởng thu nhập bình quân đầu người cũng như sử dụng
nhiên liệu hóa thạch cao nhất.

Hình 1.3 Lượng khí thải CO2 phân theo khu vực (đơn vị: tỉ tấn)
Năm 2010, lượng khí thải CO2 từ các nước công nghiệp hóa chiếm tới
50% toàn cầu, tiếp theo sau đó là các nước đang phát triển chiếm tới 37%, các
nước Đông Âu và Liên Xô cũ chiếm 12,5%. Tới năm 2025, các nước công
nghiệp hóa được dự đoán là sẽ thải ra một lượng khí CO 2 chiếm 42% của lượng
khí thải toàn cầu, trong khi đó lượng CO2 thải ra ở các nước đang phát triển là
46%, Đông Âu và Liên Xô cũ vào khoảng 12%. (Bảng 1.1).
Trong thế giới công nghiệp hóa, hơn một nửa lượng khí thải CO 2 năm
2010 là sử dụng dầu mỏ, tiếp theo đó là lượng khí thải là do sử dụng than. Theo

2010
2025
182,
236, 281,
15,54
211,5
10,462 11,634 12,938
8
3
4
3
76,3

53,3

59,0

75,6

89,3

139,
2

175,
5

52,5

85,0


4,902

3,148

3,397

4,313

6,200

9,118

11,379

17,16
8

3,994

6,012

7,647

11,801

846
656
703


1.3.2. Giải pháp
1.3.2.1. Nghị định thư Kyoto về cắt giảm khí nhà kính

Nhu cầu về năng lượng và cùng với nó là lượng khí thải CO 2 và các khí
khác mà ta thường gọi chung là “khí nhà kính” đã và đang tăng lên trong suốt 50
năm qua. Sự tăng lên của lượng khí nhà kính này sẽ làm cho khí hậu toàn cầu
12


ấm lên và kéo theo nhiều vấn đề khác liên quan. Sự thay đổi khí hậu là vấn đề
quan tâm lớn nhất của toàn cầu có liên quan rất lớn đến việc sản xuất cũng như
tiêu thụ năng lượng. Hội nghị của Liên Hợp Quốc về Sự thay đổi Khí hậu
(UNFCCC) họp tại Kyoto tháng 12 năm 1997 đã đưa ra một thỏa thuận chung
về khí hậu nhằm ngăn ngừa việc biến đổi khí hậu, gọi tắt là Nghị định thư
Kyoto.
Nghị định thư Kyoto nêu rõ việc ngăn ngừa biến đổi khí hậu là trách
nhiệm chung của tất cả các nước, song có phân biệt theo mức độ phát triển kinh
tế, trong đó buộc 38 quốc gia công nghiệp phải hạn chế thải khí nhà kính (chủ
yếu CO2) để ngăn chặn hiện tượng nóng lên toàn cầu. Theo đó, chậm nhất là vào
năm 2012, 38 nước phải cắt giảm ít nhất là 5% lượng khí thải với năm 1990,
mức dao động giữa các quốc gia của Liên minh Châu Âu là 8% đến 10% (đối
với Iceland), nhưng do ràng buộc với nghị định thư với từng nước trong khối có
khác nhau nên một số nước kém phát triển trong EU có thể được phép giữ cho
mức tăng đến 27% (so với 1999), riêng Mỹ phải giảm 7% vì nước này chỉ chiếm
6% dân số thế giới, nhưng nền sản xuất khổng lồ của họ lại gây ra 25% tổng
lượng khí thải toàn cầu.
Để đạt được mục tiêu cắt giảm khí nhà kính như đã đề ra, các nước trong
Annex I có thể tiến hành việc giám sát sự giảm lượng khí thải trong nước hay
“phương thức linh hoạt” giữa các nước. Nghị định thư Kyoto về khí hậu sử dụng
3 cơ chế linh hoạt “flexible mechanisms” để giúp cho các nước đạt được chỉ tiêu

đó có dự án thu hồi khí đồng hành ở Mỏ dầu Rạng Đông.
Mục tiêu của Kyoto 1997 đó là làm giảm các khí thải độc hại như CO 2,
methan, NOx, hyđroflorơcacbon (HFCs), peflorơcacbon (PFCs) và sulfua
hexaflorit (SF6). Hiện nay thì lượng khí CO 2 vẫn chiếm thành phần chủ yếu
trong các loại khí nhà kính ở hầu hết các nước Annex I, tiếp theo sau đó là
methan và NOx.
Nghị định thư Kyoto sẽ có hiệu lực sau 90 ngày kể từ khi có ít nhất 55
nước trong đó bao gồm cả các nước nằm trong Annex I, tạo ra tổng cộng 55%
lượng khí nhà kính toàn cầu năm 1990, đặt bút phê chuẩn. “Kể từ tháng 9/2011
đã có khoảng 191 nước kí kết tham gia chương trình này. Trong đó có khoảng 36
nước phát triển (với liên minh Châu Âu được tính là một) được yêu cầu phải có
hành động giảm thiểu khí thải nhà kính mà họ đã cam kết cụ thể trong nghị trình
(lượng khí này chiếm hơn 61.6% của lượng khí của nhóm nước Annex I cần cắt
giảm). Nghị định thư cũng được khoảng 137 nước đang phát triển tham gia kí
kết trong đó gồm Brasil, Trung Quốc và Ấn Độ nhưng không chịu ràng buộc xa
hơn các vấn đề theo dõi diễn biến và báo cáo thường niên về vấn đề khí
thải”[12].
Nhưng dù đã bắt đầu có hiệu lực, Nghị định thư Kyoto về cắt giảm khí
nhà kính cũng không đủ sức để làm chậm bớt đi sự ấm lên toàn cầu, một thảm
họa trước mắt của trái đất. Trái đất ấm lên sẽ làm băng ở Bắc Cực tan nhanh và
gây ra lụt lội hay các tai biến thiên nhiên không lường trước được. Chính vì vậy,
các quốc gia cần phải có động thái tích cực và những biện pháp kiên quyết để
ngăn chặn thảm họa này.
1.3.2.2.

Giảm bớt ô nhiễm khi sử dụng năng lượng

14



thủy ngân. Mặc dù thủy ngân có mặt cả ở trên đất liền cũng như ở ngoài biển
nhưng nó thường tập trung nhiều nhất trong hệ sinh thái biển. Chất thải chứa
thủy ngân sinh ra trong quá trình sử dụng năng lượng đang trở thành mối quan
tâm đặc biệt ở các nước công nghiệp. Nguồn gây ra thủy ngân do hoạt động của
con người bao gồm các hoạt động như: đốt cháy năng lượng tĩnh, sản xuất kim
15


loại màu, sản xuất gang, thép, xi măng, chế biến dầu khí và tiêu hủy rác. Trong
những nguyên nhân vừa nêu trên thì việc phát điện, đốt cháy rác thải đô thị và
chế biến dầu khí là có liên quan đến việc sử dụng năng lượng và hiện nay các
nước đều đang tìm cách giảm lượng thủy ngân sinh ra do nhiệt điện, sử dụng
than bằng cách thay thế nó bởi nguồn nhiên liệu khác, ví dụ như khí tự nhiên.
Và như vậy, các vấn đề ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu có thể
được giải quyết phần nào nếu như chúng ta lưu ý đến mấy vấn đề sau trong quá
trình sử dụng năng lượng:
Cố gắng không sử dụng xăng dầu pha chì
Kiểm soát và điều khiển lượng chất thải thủy ngân sinh ra trong quá trình sử

•
•

dụng năng lượng.
• Xây dựng quy chế kiểm soát các khí thải, sao cho hạn chế tới mức tối đa các
khí thải độc hại.

CHƯƠNG II. NĂNG LƯỢNG GIÓ
Tổng quan về năng lượng gió

2.1.

• Giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu, góp phần giữ vốn đầu tư nội địa
và hạn chế sự phụ thuộc vào nguồn cung cấp nguyên liệu từ nước ngoài.
Với vai trò và khả năng giảm thiểu tỷ lệ khí nhà kính của năng lượng gió,
các nước phát triển đang đẩy mạnh các kế hoạch khai triển điện gió đầy tham
vọng. Trong đó gần đây nhất là các dự án phát triển điện gió ngoài khơi, cho dù
dạng điện gió ngoài khơi thường có chi phí khai thác cao hơn nhưng nguồn gió
rất dồi dào và ít các tác động môi trường hơn. Điện gió cũng đang thu hút dần sự
chú ý của các nước đang phát triển do nó có thể được khai triển tương đối nhanh
chóng ở những khu vực đang có nhu cầu cấp bách về điện năng. Điện gió cũng
có thể là giải pháp có hiệu quả kinh tế để thay thế một khi các nguồn nhiên liệu
truyền thống bị khan hiếm hoặc giá cả dao động mạnh, bất ổn. Điện gió cũng có
những ứng dụng rất phù hợp ở các địa phương vùng sâu vùng xa do khả năng
linh hoạt của nó trong quy mô phát triển.
2.2.

Sự hình thành năng lượng gió

Năng lượng gió, như hầu hết các nguồn năng lượng khác trên Trái Đất,
xuất phát từ Mặt Trời. Bức xạ mặt trời khi chiếu lên Trái Đất không phân bố
nhiệt đồng đều ở trên bề mặt các lục địa và đại dương. Sự phân bố nhiệt chênh
lệch này tạo ra áp suất cao và áp suất thấp, từ đó sinh ra gradient áp suất giữa
các khu vực khác nhau. Theo định luật 2 nhiệt động học, gradient nhiệt này sẽ
phải được thu nhỏ tối đa (trở về trạng thái cân bằng). Tự nhiên luôn tìm đến
trạng thái năng lượng thấp nhất (bền nhất) để đạt tối đa entropy. Để bù trừ cho
sự chênh lệch áp suất, khối không khí từ vùng áp suất cao sẽ di chuyển về vùng
áp suất thấp, từ đó tạo nên gió. Mỗi giờ đồng hồ, Mặt Trời phóng thích ra một
nguồn năng lượng khổng lồ khoảng 174.423 x10 9 kWh vào Trái đất. Khoảng 117


2% năng lượng này chuyển thành năng lượng gió, tương đương với 50-100 lần

tây ứng với góc 2700.
Bảng 2.1 Hướng gió tự nhiên ở các vĩ độ khác nhau
Vĩ độ
Hướng

90-600N
NE

60-300N
SW

30-00N
NE
18

0-300S
SE

30-600S
NW

60-900S
SE


gió

Đông Bắc

Tây Nam

thống gió qui mô lớn hơn, có nghĩa là hướng gió ảnh hưởng bởi tác động chung
giữa hiệu ứng toàn cầu và địa phương. Như vậy khi gió qui mô lớn giảm cường
độ, gió địa phương sẽ có thể lấn át.
Đơn vị của tốc độ gió được tính theo kilomet trên giờ (km/h) hoặc mét
trên giây (m/s) hoặc kot (kn: hải lí trên giờ) hoặc mile trên giờ (mph) tại Mĩ.
•

1 kn = 1 sm/h = 1,852 km/h = 0,514 m/s
19


•
•
•

1 m/s = 3,6 km/h = 1,944 kn = 2,237 mph
1 km/h = 0,540 kn = 0,278 m/s = 0,621 mph
1 mph = 1,609344 km/h = 0,8690 kn = 0,447 m/s

Hình 2.2 Thống kê tốc độ gió trung bình trên toàn thế giới từ năm 1983-1993,
dựa trên dữ liệu đo đạc từ vệ tinh GEOS-1[6]
Một cơn gió được coi là mạnh khi đạt vận tốc từ 51 đến 101km/h. Nếu gió
đạt vận tốc từ 6,4 đến 50km/h thì nó được gọi là gió nhẹ. Các khu vực có tốc độ
gió > 6 m/s (tô gam màu vàng- nâu) được xem là tiềm năng khai thác điện gió
mang lại lợi ích kinh tế. Do đó đa phần các tài nguyên gió phân bố trên bề mặt
các đại dương (đặc biệt tại 2 phía cực) và tại các đồng bằng rộng lớn nằm sâu
trong các lục địa. Một số khu vực ven biển cũng có tiềm năng, đặc biệt là vào
ban đêm.
2.3.


Điều đáng chú ý là công suất gió tăng theo lũy thừa 3 của vận tốc gió và
vì thế vận tốc gió là một trong những yếu tố quyết định khi muốn sử dụng năng
lượng gió.
Công suất gió có thể được sử dụng, ví dụ như thông qua một tuabin gió để
phát điện, nhỏ hơn rất nhiều so với năng lượng của luồng gió vì vận tốc của gió
ở phía sau một tuốc bin không thể giảm xuống bằng không. Trên lý thuyết chỉ có
thể lấy tối đa là 59,3% năng lượng tồn tại trong luồng gió. Trị giá của tỷ lệ giữa
công suất lấy ra được từ gió và công suất tồn tại trong gió được gọi là hệ số Betz
(Cp), do Albert Betz tìm ra vào năm 1926. Theo lý thuyết, Cp =16/27 = 0,59,
nhưng trên thực tế Cp nằm vào khỏang 0,35. Với hệ số hoàn thiện, công
thức tính công suất trên có thể viết lại như sau:
P = ½ Cp ρ A v3
(2.4)
Có thể giải thích một cách dễ hiểu như sau: Khi năng lượng được lấy ra khỏi
luồng gió, gió sẽ chậm lại. Nhưng vì khối lượng dòng chảy không khí đi vào và
ra một tuabin gió phải không đổi nên luồng gió đi ra với vận tốc chậm hơn phải
mở rộng tiết diện mặt cắt ngang. Chính vì lý do này mà biến đổi hoàn toàn năng
lượng gió thành năng lượng quay thông qua một tuabin gió là điều không thể
được. Trường hợp này đồng nghĩa với việc là lượng không khí phía sau một
tuabin gió phải đứng yên.
Nếu tính công suất (lý thuyết) do tuabin gió tạo ra cho 1m 2 bề mặt cánh
quạt quét trực tiếp với hướng gió, chúng ta được mật độ công suất gió (W/m2).
Mật độ công suất gió chỉ phụ thuộc vào tốc độ gió v và tỷ trọng không khí ρ, có
giá trị bằng:
P/A = ½ ρv3
(2.5)
2.4.

Sử dụng năng lượng gió


niệm cối xay gió không còn phù hợp nữa vì chúng không còn có thiết bị nghiền.
Từ sau những cuộc khủng hoảng dầu trong thập niên 1970 việc nghiên cứu sản
xuất năng lượng từ các nguồn khác được đẩy mạnh trên toàn thế giới, kể cả việc
phát triển các tuabin gió hiện đại. Sự ra đời của tuabin gió đã đưa việc ứng dụng
năng lượng gió sang một trang mới. Đến cuối những năm 90 của thế kỉ 20 việc
ứng dụng năng lượng gió đã có nhiều tiến bộ quan trọng mang tính đột phá.
Bước sang thế kỉ 21, con người đang từng bước đưa năng lượng gió vào để thay
thế các nguồn năng lượng truyền thống và có thể nói, chúng ta đang ở bước đầu

22


của thời kì bùng nổ năng lượng gió. Nhiều nơi trên thế giới các trang trại điện
gió với quy mô lớn với hàng trăm hàng ngàn tuabin gió được xây dựng”. [11]
2.5.
Sản xuất điện từ gió
2.5.1. Nguyên lý để chuyển gió thành điện năng

Nguyên lý phát điện từ năng lượng gió như sau: tuabin gió biến động
năng của gió thành động năng của tuabin, chuyển động quay của tuabin dẫn đến
chuyển động quay của máy phát điện và tạo ra điện. Để truyền điện đi xa hơn,
người ta dùng máy biến thế để tăng hiệu điện thế. Điện năng được truyền tải đi
tới nơi sử dụng qua đường dây tải điện.

Hình 3.1 Mô hình hòa lưới điện quốc gia của điện gió
Một cách đơn giản là một tuabin gió làm việc trái ngược với một máy
quạt điện, thay vì sử dụng điện để tạo ra gió như quạt điện thì ngược lại tuabin
gió lại sử dụng gió để tạo ra điện. Các tuabin gió hoạt động theo một nguyên lý
rất đơn giản. Năng lượng của gió làm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay quanh 1 roto.
Mà roto được nối với trục chính và trục chính sẽ truyền động làm quay trục quay

tốc gió. Ba thành phần chính trong tuabin gió bao gồm rotor, nacelle (trong đó
có hộp điều tốc: gearbox, máy phát điện và hộp điều khiển và thiết bị theo dõi)
và cột/tháp chống (tower). Tuổi thọ trung bình của của tuabin là 20 năm, trong
thời gian hoạt động phải giám sát, bảo dưỡng thường xuyên.

24


Hình 3.3 Cấu tạo chi tiết của tuabin gió
“Một tuabin gió thường có cấu tạo chi tiết như sau:
1. Blades: Cánh quạt gió
2. Rotor: Bao gồm các cánh quạt và trục
3. Pitch: Bước răng điều chỉnh cánh. Cánh được làm nghiêng một ít để giữ

cho Roto quay trong gió không quá cao hay quá thấp để tạo ra điện
4. Brake: Bộ hãm. Dùng để dừng roto trong tình trạng khẩn cấp bằng điện,
bằng sức nước hoặc bằng động cơ
5. Low speed shaft: Trục quay tốc độ thấp
6. Gear box: Hộp bánh răng. Bánh răng được nối trục có tốc độ thấp với trục
có tốc độ cao và tăng tốc độ quay từ 30 – 60 vòng/phút tới 1200-1500
vòng/phút
7. Generator: Máy phát điện
8. Controller: Bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ khởi động động cơ ở tốc độ
gió khoảng 8 đến 16 dặm/ 1 giờ và tắt động cơ khoảng 65 dặm/ 1 giờ
9. Anemoneter: Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ
điều khiển
10. Wind vane: Chong chóng gió để xử lý hướng gió và liên lạc với Yaw drive
để định hướng Tuabin
11. Nacelle: Vỏ tuabin, gồm Roto và vỏ bọc ngoài, toàn bộ được đặt trên đỉnh
trụ. Dùng bảo vệ các thành phần trong vỏ.