Nghiên cứu, đánh giá hệ thống năng lượng điện gió phục vụ cho địa bàn huyện Tri Tôn

GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên

HVTH: Huỳnh Tuấn Phong

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN GIÓ

PHỤC VỤ CHO ĐỊA BÀN HUYỆN TRI TÔN

RESEARCH AND RATE THE WIND POWER SYSTEM THAT WILL

SERVICE FOR LOCAL PEOPLE IN TRITON DISTRICT.

Huỳnh Tuấn Phong

Học viên cao học trường ĐHSPKT TPHCM

Tóm tắt

Ngày nay, trữ lượng than, dầu, khí đang ngày càng cạn kiệt con người đang tìm kiếm

những nguồn năng lượng sạch, năng lượng tái tạo để thay thế, nhu cầu năng lượng trên thế giới

cũng như ở Việt Nam không ngừng tăng cao. Trong khi đó nguồn năng lượng hóa thạch lại

ngày càng cạn kiệt. Do đó chúng ta cần có một chính sách phát triển năng lượng bền vững, sử

dụng các nguồn năng lượng sạch như mặt trời, sinh khối, thủy triều..vv. trong bài viết trình bày

thực trạng môi trường, tiềm năng và tình hình sử dụng năng lượng gió tại Việt Nam hiện nay.

Với điều kiện địa lý thuận lợi của một địa phương có diện tích đồi núi chiếm phần lớn, lượng

gió nhiều và phân bổ khá đều quanh năm, huyện Tri Tôn là một trong những huyện của tỉnh

An Giang có điều kiện thuận lợi để phát triển năng lượng gió trên các đỉnh núi, sử dụng năng

lượng điện gió tại Việt Nam, nguyên lý biến đổi năng lượng gió, giới thiệu phân loại tuabine

gió, cấu tạo của tuabine gió, khảo sát lựa chọn địa điểm , tính toán tuabine gió, lựa chọn tuabine

gió.

Từ khóa: Năng lượng sạch; năng lượng tái tạo; năng lượng điện gió.

ABSTRACT

Nowadays, the reserves of fossil fuels like oil, coal and gas are becoming exhausted so

people need to find renewable energies to use and product goods Therefore, people also make

sustainable energy development policy for using renewable energy from the sun, the wind and

moving water. This paper presents about environment situation, potential and some ways what

are used to exploit wind energy in Vietnam. Thank to benefit geographical conditions, such as

hilly terrain, windy and distributed throughout the year. Triton district is one of districts in

Angiang has advantage to make win energy on the top of mountains. This introduces in an

overview about the usage wind energy in Vietnam, win turbine classification, wind turbine

composition,site selection, wind turbine calculation, how to choose a suitable wind turbine with

the reality situation.

Keywords: Clearn energy; Regenerative energy; Wind power.

63

GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên

HVTH: Huỳnh Tuấn Phong

1. Giới thiệu

2.1. Thực trạng năng lượng và môi trường

- Ngày nay, khi xã hội ngày một phát triển,

chất lượng cuộc sống của con người ngày càng

nâng cao, các ngành công nghiệp và dịch vụ

không ngừng lớn mạnh, thì nhu cầu năng lượng

sẽ ngày càng lớn, đặc biệt là điện năng. Theo dự

báo của các nhà khoa học, nhu cầu năng lượng

của thế giới sẽ tăng gấp đôi vào năm 2050. Như

chúng ta đã biết, 80% năng lượng thế giới hiện

tại đang sử dụng có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa

thạch, chúng gây ô nhiễm môi trường, làm cho

trái đất ấm dần, và đang dần cạn kiệt trong

tương lai không xa.

- Năng lượng là một trong những nhu cầu

thiết yếu của con người và là một yếu tố đầu vào

không thể thiếu được của hoạt động kinh tế.

- Ngày nay, trữ lượng than, dầu, khí đang

ngày càng cạn kiệt con người đang tìm kiếm

những nguồn năng lượng sạch, năng lượng tái

tạo để thay thế.

- Với điều kiện địa lý thuận lợi của một địa

phương có diện tích đồi núi chiếm phần lớn,

lượng gió nhiều và phân bổ khá đều quanh năm

Huyện Tri Tôn là một huyện có diện tích lớn

nhất tỉnh (59.763 ha), nhiều đồi núi cao nhất là

614m (núi Cô Tô) và dân cư thưa thớt nhất

tỉnh An Giang (Việt Nam), cách tỉnh thành phố

(Long Xuyên) 52 km về phía Tây, cách Hà

- Ở Việt Nam, dựa vào số liệu thống kê và so

sánh giữa sự tăng trưởng kinh tế với sự phát

triển của ngành công nghiệp điện năng, các

chuyên gia tại Viện Khoa học năng lượng đã

đưa ra dự báo về sự thiếu hụt năng lượng điện

trong tương lai như sau:

Tiên -

Kiên

Giang

83 km, Châu

Đốc 44 km, Lâm Viên - Núi Cấm 7 km.

- Hiện nay ở Việt Nam nói chung và trên địa

bàn Huyện Tri Tôn nói riêng có nhiều thuận lợi

phát triển điện gió. Cùng với sự phát triển của

công nghệ sản xuất, lắp đặt rẻ hơn cũng như

việc điều khiển các máy phát điện gió được dể

dàng.

+ Năm 2015 : nhu cầu điện năng ước tính

khoảng 131 TWh, khả năng cung cấp gần 121

TWh, chênh lệch cung cầu gần 10 TWh, tương

đương thiếu hụt khoảng 10 tỉ kWh.

+ Năm 2020 : mức thiếu hụt điện năng

tăng lên khoảng 40 tỉ kWh.

- Qua đây chúng ta nhận thấy rằng tình hình

khai thác năng lượng gió chưa xứng tầm với

tiềm năng hiện có, và việc khai thác tốt tiềm

năng này để phục vụ cho nhu cầu năng lượng

phục vụ cho con người là việc làm cấp thiết.

2. Tổng quan về năng lượng gió

+ Năm 2030 : dự đoán thiếu hụt điện

năng là trên 50 tỉ kWh

- Như vậy, cùng với sự tăng trưởng kinh

tế, khoảng cách giữa cung và cầu điện năng

ngày càng lớn, càng gay gắt.

64

GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên

HVTH: Huỳnh Tuấn Phong

- Vậy đâu là giải pháp cho vấn đề? Đây đang + Bức xạ mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất

là câu hỏi làm đau đầu các nhà khoa học trên không đều nhau.

thế giới. Tại Việt Nam, bên cạnh việc xây dựng + Trái đất xoay tròn cũng góp phần làm xoáy

thêm các nhà máy thủy điện, nhiệt điện… chính không khí, vì trục quay của trái đất nghiêng so

phủ còn khuyến khích chính sách nhập khẩu với mặt phẳng quỹ đạo khi quay quanh mặt trời

điện năng từ các nước láng giềng như Lào, nên tạo thành các dòng không khí theo mùa.

Trung Quốc…để phục vụ cho nhu cầu sử dụng + Hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự tự

điện trong nước. Tuy nhiên đây chỉ là giải pháp quay của trái đất làm không khí đi từ áp cao đến

tạm thời, mục tiêu hàng đầu là phải tìm ra nhiều áp thấp không chuyển động thẳng mà tạo thành

nguồn năng lượng mới – năng lượng tái tạo, các cơn gió xoáy.

thân thiện với môi trường, và phong phú về mặt + Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên, gió

trữ lượng.

- Song, những nguồn năng lượng tái tạo mà

cũng bị ảnh hưởng bởi địa hình tại từng địa

phương, đã tạo nên các loại gió như : gió đất –

biển, gió núi – thung lũng, gió phơn.

2.3.Ưu, nhược điểm năng lượng gió

❖ Ưu điểm:

con người đã tìm ra đến thời điểm này phần lớn

vẫn còn ở dạng tiềm năng. Bên cạnh đó, công

nghệ khai thác và dự trữ các nguồn năng lượng

tái tạo vẫn chưa thể đáp ứng được đầy đủ nhu

cầu sử dụng năng lượng của xã hội. Các công

nghệ mới liên tục được nghiên cứu và phát triển

nhằm mục tiêu sử dụng tối ưu nguồn năng

lượng.

- Năng lượng gió là nguồn năng lượng có thể

tái tạo, trong khi than đá và gỗ là những nguồn

năng lượng không thể tái tạo được. Có một điều

chắc chắn rằng, năng lượng gió sẽ luôn luôn tồn

tại.

- Năng lượng gió là nguồn năng lượng cạnh

tranh: ngày nay năng lượng gió đã được nghiên

cứu kĩ, và giá thành có thể cạnh tranh với các

nguồn năng lượng khác.

- Năng lượng là một trong các điều kiện thiết

yếu trong đời sống con người và là một yếu tố

đầu vào không thể thiếu được của mọi hoạt

động kinh tế.

- Năng lượng gió có thể dự đoán trước: giá

dầu, ga thiên nhiên, than đá và các nhiên liệu

khác dao động lên xuống không dự đoán được.

Giá của năng lượng gió là dự đoán được – nó

miễn phí.

2.2.Sự hình thành năng lượng gió

- Năng lượng gió là hình thức gián tiếp của

năng lượng mặt trời, là động năng của không

khí di chuyển trong bầu khí quyển trái đất. Sở

dĩ như vậy là do các nguyên nhân sau:

65

GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên

HVTH: Huỳnh Tuấn Phong

- Có thể phải khai phá cả một vùng đất lớn

- Ảnh hưởng đáng lưu tâm là gây ra tiếng

để xây dựng một nhà máy điện. Nhưng với một động làm đảo lộn các luồng gió, có thể làm xáo

nhà máy điện sử dụng năng lượng gió, bạn chỉ trộn hệ sinh thái và gây ra nhiều trở ngại cho

cần một diện tích nhỏ để xây dựng.

- Lợi thế lớn nhất của năng lượng gió so với

các nguồn năng lượng tái tạo khác là hiệu quả

về mặt chi phí. Thêm vào đó, với những tiến bộ

trong công nghệ, năng lượng gió sẽ trở nên rẻ

hơn

việc phát sóng.

3. Phân loại và cấu tạo về tuabin gió

3.1. Phân loại Tuabine gió:

- Tuabine gió gồm có 2 loại : Tuabine gió

trục đứng và tuabine gió trục ngang.

- Tuabine gió trục đứng:

- Các trạm điện bằng sức gió có thể đặt gần

nơi tiêu thụ điện, như vậy sẽ tránh đuợc chi phí

cho việc xây dựng đường dây tải điện, công

nghệ lắp ráp đã hoàn thiện nên chi phí cho việc

hoàn thành một trạm điện bằng sức gió hiện nay

thấp

❖ Nhược điểm:

- Điểm bất lợi chính của nguồn năng lượng

gió là phụ thuộc vào thiên nhiên.

- Gió đến từ thiên nhiên nên không đáp ứng

vì con người không thể kiểm soát được nguồn

gió và nguồn điện năng này không thể giữ lại

được.

- Nguồn gió nhiều và điều đặn thường ở khu

vực xa thành phố, do đó ngoài việc sử dụng tại

chổ, điện năng từ gió khó được chuyển về các

khu đông dân cư.

- Do tính chất không liên tục của năng lượng

gió, nó cần phải được lưu trữ hoặc phải sử dụng

thêm các nguồn năng lượng thông thường.

66

GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên

HVTH: Huỳnh Tuấn Phong

Tuabine gió trục ngang:

-

Hình 3.1: Tuabine gió trục đứng

+ Ưu điểm: máy phát điện và hộp số có thể

được cài đặt trên mặt đất, rất dễ để duy trì và

sửa chữa, Tua-bin không cần thùng Nacelle và

chân trụ không cao như Tua-bin trục ngang.

Lực tác động vào cánh quạt phân bố đều, trục

quay không bị cong vì trọng lượng hệ thống trục

và momen xoắn. Cánh quạt cấu hình giản dị, dễ

sản xuất, chi phí thấp.

+ Nhược điểm: Hệ số công suất tương đối

thấp, kiểm soát tốc độ khó khăn. Lực tác động

và lực ly tâm luôn thay đổi nên ảnh hưởng đến

sức bền vật liệu.

Hình 3.2:Tuabine gió trục ngang.

+ Ưu điểm: Hệ số công suất, hệ số tốc độ

cao, tạo ra công suất cao hơn.

67

GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên

HVTH: Huỳnh Tuấn Phong

+ Nhược điểm: Lực tác động và lực xoắn dùng. Địa hình đa dạng, vừa có đồi núi, vừa có

không được phân bố đều nên độ bền chi tiết cơ đồng bằng với nhiều kênh mương lớn nhỏ

bị ảnh hưởng. Độ rung hệ thống không ổn định, ngang dọc.

độ ồn phát sinh cao.

- Trên địa bàn huyện có các ngọn núi sau:

+ Núi Nam Quy cao 213 m, chu vi 8.875 m,

ở xã Châu Lăng.

3.2. Cấu tạo của tuabine gió:

Tuabine điện gió là thiết bị dùng chuyển

động năng của sự vận chuyển không khí thành

cơ năng và từ cơ năng chuyển thành điện năng

để cung cấp cho tải tiêu thụ. Để tạo được một

+ Núi Tà Lọt cao 69 m, chu vi 870 m, ở xã

Châu Lăng.

+ Núi Dài (Ngọa Long Sơn), cao 554 m, chu

Tuabine điện gió dựa trên nhiều kiến thức trong vi 21.625 m, ở xã Lê Trì.

các lĩnh vực như: cơ khí, điện, điện tử, khí

+ Núi Tượng (Liên Hoa Sơn), cao 145 m,

tượng v.v… Trong những thập niên vừa qua,

việc nghiên cứu, thử nghiệm và đưa vào hoạt

động có nhiều tiến triển đặc biệt. Cấu trúc

Tuabine gió hiện đại gồm các phần:

- Roto gió.

chu vi 3.825 m, ở thị trấn Ba Chúc

+ Núi Sà Lon, cao 102 m, chu vi 2.325 m, ở

xã Lương Phi.

+ Núi Nước (Thủy Đài Sơn), cao 54 m, ở thị

trấn Ba Chúc

- Bộ truyền động và bộ phận thắng.

- Vỏ và hệ thống định hướng.

+ Núi Cô Tô (Phụng Hoàng Sơn) cao 614

m, chu vi 14.375 m, xã Cô Tô.

- Bộ điều khiển.

+ Núi Tà Pạ, cao 102 m, chu vi 10.225 m,

xã An Tức, thường gọi là đồi.

- Hệ thống chống sét, chống cháy nổ.

- Tháp và nền.

- Lựa chọn địa điểm không chỉ bao gồm

lựa chọn vị trí địa lí lắp đặt tuabin gió hay trang

trại gió mà còn phải là nơi có mô hình tuabin

phù hợp nhất với khu vực cụ thể.

- Máy phát điện.

4. Khảo sát, đánh giá lựa chọn công nghệ

điện gió tại huyện Tri Tôn

4.1. Khảo sát địa điểm lựa chọn địa điểm:

- Tri Tôn là huyện miền núi, có 17,2 km

đường biên giới với Campuchia. Diện tích tự

nhiên khoảng 60.039,74 ha, trong đó đất nông

nghiệp chiếm 74,48%, đất lâm nghiệp chiếm

khoảng 8,89%, còn lại là đất ở và đất chuyên

- Đồi Tà Pạ thuộc xã Núi Tô, huyện Tri

Tôn, tỉnh An Giang cách khu vực thị trấn

khoảng 1km là một trong những địa điểm phù

hợp để xây dựng một nhà máy phát điện dùng

năng lượng gió:

68

GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên

HVTH: Huỳnh Tuấn Phong

F1,…)

Hình 4.1: Vị trí địa lí của huyện Tri Tôn

(Hình ảnh được chụp từ phần mềm chuyên

nghiệp "Google Earth Pro" cập nhật bản đồ tốc

độ gió năm 2015 của chính phủ Mỹ)

+ Qua hình 3.3 ta thấy tốc độ gió tại núi Tà

pạ hiển thị màu vàng xanh trên thanh Wind

speed m/s tốc độ gió khoảng 8m/s đến 10m/s là

tốc độ tương đối để lắp đạt.

Hình 4.2: Đồi Tà Pạ

+ Có đường giao thông thuận lợi cho việc

vận chuyển các thiết bị lớn như tuabin gió và

tháp, giảm chi phí đầu tư trụ tháp, nền đất đá

nên giảm chi phí móng trụ…

4.2.Tính toán Chọn Tuabine gió:

+ Về diện tích mặt bằng không cạnh tranh

với các nghành công nghiệp khác, nhiễu sóng

điện từ khi Tua-bin hoạt động và kèm theo

không tốn chi phí đền bù giải toả mặt bằng và

lượng gió trên đồi dồi dào hơn.

Hình 4.3: Công suất Tua-bin gió qua các khối.

- Chọn công suất đầu ra của mỗi tuabin là:

2MW

- Từ đó công suất điện ngõ ra của máy phát

điện là P_e= 2MW- Mà ta có:

+ Sau khi lắp đặt các tua bin, khu vực này

vẫn có thể được sử dụng cho canh tác hoặc

trồng cây lâm nghiệp( điều, tràm bông vàng

푷_풆= 휼_품푷_풕

(4.1)

69

GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên

HVTH: Huỳnh Tuấn Phong

Dữ liệu hoạt động

mà η_g= 0,96 đối với máy phát có công suất

định mức 2MW. Vậy công suất khi qua bộ

truyền động P_t= 2,08 MW

Công suất định mức

Tốc độ gió cắt

Tốc độ gió cắt ra

Re-in tốc độ gió

Lớp gió

2.000 kW

3 phút/giây

20 m/s

Ta có: 푃_푡= 휂_푚푃_푚

(4.2)

18 m/s

휼_풎:Tỉ lệ thất thoát ở mỗi tầng bánh răng từ 1%

đến 2%. Ở đây ta chọn tỉ lệ thất thoát là 2%.

IEC IIIA

Tuabin tiêu chuẩn nhiệt -20⁰c

đến

độ hoạt động

Nhiệt độ hoạt

động ở nhiệt độ

thấp tuabin

40⁰c

-30⁰c

40⁰c

Suy ra :

푃_푚= 2,13 MW

- Mà công suất cơ sau khi truyền qua hệ thống

tuabin gió:

Theo công thức:

푃_푚= 퐶_푝1/2 ρ A 푣³= 퐶_푝푃_푤

(4.3)

Tiếng ồn của âm thanh

Tối đa

107,6 dB

Mà theo hệ số Bezt C_p= 0,59

Rotor

Suy ra:

-

푃_푤= 3,597 MW

Công suất của dòng gió ở điều kiện bình

Đường kính rotor

Khu vực quét

Điện

110 m

9,503 m²

thường:

Theo công thức (3.8) ta có:

Tần số

50/60 Hz

푃_푤= 1/2 ρ A 푣³= 1/2 ρ π R²푣³

Chọn : 휗 = 9 푚/푠

(4.4)

Loại máy phát điện

4 cực, 50 Hz

5. Kết luận

6

3,597.10

Qua khảo sát địa điểm, tính toán về tiềm

năng phát triển năng lượng gió tại huyện Tri

Tôn và nghiên cứu công nghệ xây dựng nhà

máy năng lượng gió phù hợp. Đánh giá được

tiềm năng phát triển năng lượng gió tại huyện

Tri Tôn, nghiên cứu lựa chọn địa điểm lắp đặt

nhà máy điện phục vụ nhu cầu sử dụng điện

năng cho người dân sống dưới chân núi tại

huyện Tri Tôn tỉnh An Giang, tính toán được

√

R =

₃= 50,64 m

0,5 1,225 휋 9

Ta có thể chọn nhiều loại tuabin gió của

nhiều hang khác nhau như: Vestas (Đan

Mạch), GE Energy (Mỹ), Gamesa (Tây Ban

Nha),….ở đây ta chọn tuabin Vestas V110 –

2.0 MW IEC IIIA.

-

Các thông số của tuabin Vestas V110 – 2.0

MW IEC IIIA

70

GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên

HVTH: Huỳnh Tuấn Phong

các thông số hệ thống ứng với công nghệ nhà

máy khác nhau, so sánh, lựa chọn công nghệ

phù hợp nhất.

71

GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên

HVTH: Huỳnh Tuấn Phong

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Nguyễn Lân Tráng. (2007). Giáo trình quy hoạch phát triển hệ thống điện.

[1]

NXB Khoa học và Kỹ thuật, tr. 179-183.

[2] Nicholas Vlajic, Alan R. Champneys, Balakumar Balachandran, Nonlinear dynamics of a

Jeffcott rotor with torsional deformations and rotor-stator contact, International Journal of Non-

Linear Mechanics, Volume 92, June 2017, Pages 102-110.

[3]

Fatma Gül Akgül, Birdal Şenoğlu, Talha Arslan, An alternative distribution to Weibull for

modeling the wind speed data: Inverse Weibull distribution, Energy Conversion and Management,

Volume 114, 15 April 2016, Pages 234-240.

[4]

Ahmadreza Vasel-Be-Hagh, Cristina L. Archer, Wind farm hub height optimization,

Applied Energy, Volume 195, 1 June 2017, Pages 905-921.

[5]

Qinghua Hu, Yun Wang, Zongxia Xie, Pengfei Zhu, Daren Yu, On estimating, uncertainty

of wind energy with mixture of distributions, Energy,Volume 112, 1 October 2016, Pages 935-962

[6]

[7]

Dr. Gary L. Johnson. Wind energy Systems.

S.N.Bhadra, D.Kastha, S.Banerjee. Wind Electrical Systems.

Tác giả chịu trách nhiệm bài viết:

Họ và tên: Huỳnh Tuấn Phong

Đơn vị:

Điện thoại: 0988869076

Email: Huynhtuanphong25@gmail.com

1

BÀI BÁO KHOA HỌC

THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ

Bài báo khoa học của học viên

có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn

Bảnquyềntác phẩm đã được bảo hộ bởiLuậtxuất bảnvà LuậtSở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm

cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN!

Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2018-2019 của Thư viện Trường Đại học

Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.