Đang tải... (xem toàn văn)
Năng lượng gió là nguồn năng lượng vô tận từ thiên nhiên. Từ nhiều thế kỷ trước, con người đã sử dụng nguồn năng lượng này trong việc vận chuyển như dùng thuyền buồm để đi lại trên sông hồ, biển, khinh khí cầu hoặc chuyển năng lượng từ gió qua cơ năng làm quạt xay bột, quạt gió bơm nước v.v… Ngay sau khi phát minh ra máy phát điện, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu dùng cơ năng của gió để sản xuất ra điện. Việc ứng dụng sức gió để tạo thành điện năng đã có từ năm 1887 và được triển khai tại nhiều nơi như Anh, Đan Mạch, Mỹ nhưng công suất thu được từ những tuabin điện gió đầu tiên này chỉ đủ thắp sáng nên việc tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng năng lượng gió đã bị hạn chế rất nhiều. Từ sau cuộc khủng hoảng dầu trong thập niên 1970, việc nghiên cứu về năng lượng gió mới được khuyến khích và hỗ trợ mạnh trong nhiều nước và hiện nay đã trở thành một ngành công nghiệp quan trọng tại Anh, Ấn Độ, Đan Mạch, Đức, Mỹ và Trung Quốc. Năng lượng sạch như điện từ ánh nắng mặt trời, điện gió, địa nhiệt, điện từ sóng biển, khí sinh học hoặc tương tự được mọi người trong xã hội quan tâm và mong muốn một ngày nào đó môi trường sống của con người và những động vật khác trên hành tinh địa cầu được sạch hơn và an toàn hơn.
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN GIĨ ĐiỆN GÍO Tổng qt Sự phát triển cơng nghệ Tua-bin điện gió Nguyên tắc kỹ thuật Thất thóat Phân tích tốn tiềm gió, dự tốn sản lượng điện Chuẩn mực so sánh đầu tư trang trại điện gió Cánh đồng điện gío lắp đặt đất liền Trang trại điện gío lắp đặt biển Tích trữ lượng từ gió 10 Thử nghiệm điện gió với cơng nghệ khác 11 Thị trường điện gió Việt Nam Tổng quát Sự phát triển Năng lượng điện từ gío Đức, Âu châu Thế giới Fraunhofer Institute for Wind Energy and Energy System Technology Szenario sử dụng 100% lượng tái tạo CHLB Đức – Năm 2050 Exajoule = 277,778 Tỉ kW "Exa" E (1 Trillion) = 1018 "Joule" = Đơn vị lượng Tài liệu công bố tháng năm 2009 PV photovoltaics CSP concentrated solar power Kích thước cơng suất lọai Tua-bin điện gió sản xuất hàng loạt tính đến năm 2011 Trang trại điện gió Mỹ Gió Tia nắng mặt trời chiếu vào mặt đất thay đổi không đồng làm nhiệt độ bầu khí quyển, nước khơng khí ln khác nhau, trái đất ln quay quỹ đạo xung quanh mặt trời tự quay quanh trục nên tạo mùa, ngày, đêm Từ quay quanh trục trái đất nên khơng khí chuyển động xốy theo chiều khác Bắc bán cầu Nam bán cầu làm nhiệt độ khí thay đổi phát sinh vùng áp cao áp thấp Ngoài vào ban đêm, nửa bề mặt trái đất, bị che khuất không nhận tia nắng mặt trời, nửa bề mặt ban ngày nên cường độ tia nắng cao hơn, thêm vào nhiệt độ Bắc bán cầu, Nam bán cầu đường xích đạo nhiệt độ biển đất liền ln khác Chính thay đổi nhiệt độ khí làm khơng khí chuyển động Sự chuyển động khơng khí gọi gió Mơ hình hồn lưu khí với trung tâm khí áp bề mặt có tính đến phân bố đất biển không Tốc độ hướng gió Đơn vị tốc độ gío tính theo kilomet (km/h) mét giây (m/s) knot (kn: hải lý giờ) Mile (mph) Mỹ • kn = sm/h = 1,852 km/h = 0,514 m/s • m/s = 3,6 km/h = 1,944 kn = 2,237 mph • km/h = 0,540 kn = 0,278 m/s = 0,621 mph • mph = 1,609344 km/h = 0,8690 kn = 0,447 m/s Hướng gió hướng mà từ gió thổi tới điểm quan trắc Hướng gió biểu thị phương vị đơng, tây, nam, bắc theo góc lấy hướng bắc làm mốc vị trí 00 3600 tính theo chiều kim đồng hồ Như hướng đơng ứng với góc 900, hướng nam ứng với góc 1800, hướng tây ứng với góc 2700.) Ngồi ra, người ta dùng cấp gió để tốc độ gió cấp gió Beaufort (Francis Beaufort 1806) viết tắt bft Biểu đồ đưa để đánh giá ảnh hưởng gío cho thuyền buồm việc vận chuyển sông hồ, biển… Giáo Trình Khí Tượng Cơ sở DHKHTN - 2012 Ngun tắc cột đo gió Nguyên tắc cột đo gió Tua-bin 12 Ảnh hưởng đến môi trường Cánh đồng điện gió sử dụng nguồn lượng từ gió để tạo điện lượng tái tạo thuộc loại điện khơng phát thải khí nhà kính, khơng làm thay đổi khí hậu tồn cầu, không tạo chất gây ô nhiễm môi trường, không gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp, nuôi trồng sinh sống người động vật khác Tuy nhiên để bảo vệ môi trường, bảo vệ sinh thái, bảo vệ sinh sống tất động vật, bảo vệ hoạt động nhu cầu người, cơng trình điện gió phải chấp hành qui định khoảng cách tối thiểu từ Tua-bin điện gió đến khu dân cư, bảo đảm cảnh quan khơng bị thay đổi nhiều, độ ồn phát sinh hoạt động phải nằm giới hạn qui định hạn chế ảnh hưởng khác tượng nhấp nháy lúc hoạt động ánh nắng mặt trời gây nguy hại cho loài chim, dơi động vật khác Hiện khoảng cách từ nơi lắp đặt Tua-bin điện gió đến khu dân cư địa điểm bảo vệ chưa tiêu chuẩn hóa Tuy nhiên số nơi giới có qui định riêng theo vùng, thí dụ Qui định khoảng cách Tua-bin điện gió Tiểu bang Schleswig Holstein – CHLB Đức Khoảng cách Tua- Khoảng cách Tuabin có chiều cao bin có chiều cao h < 100 m h ≥ 100 m Nơi dân cư thưa, nhà 300 m 3,5 x h Nơi dân cư trung bình 500 m 5xh Thị xã, nơi có nhà nghỉ, cắm trại 1000 m 10 x h Đường cao tốc, đường liên tỉnh, liên 50-100 m 1xh xã Ít 200 m Ít 200 m Vùng bảo vệ thiên nhiên, bảo vệ 4xh Trường hợp đặc sinh thái, bảo vệ di tích, rừng quốc biệt 500 m gia tương tự Rừng 200 m 200 m Sơng, hồ Ít 50 m Ít 50 m 1xh Vùng Ảnh hưởng tiếng ồn Cũng tất máy móc thiết bị cơ, Tua-bin điện gió hoạt động phát sinh độ ồn định Độ ồn chuyển động hệ thống Tua-bin điện gió dòng gió tác động vào cánh quạt Tùy theo công nghệ, nhà sản xuất công suất mà độ ồn phát sinh Tua-bin điện gió khác Như trình bày phần trên, Tua-bin điện gió trục ngang hai cánh có độ ồn cao nên lắp đặt khơi xa tầm nhìn thơng thường Tua-bin điện gió ba cánh sử dụng hộp số có độ ồn cao Tua-bin sử dụng máy phát điện nam châm vĩnh cửu không dùng hộp số Độ ồn xác định với thiết bị đo, phương pháp đo dựa theo tiêu chuẩn đo tình trạng Tua-bin điện gió họat động với 95% cơng suất thiết kế, tương tự độ ồn phát sinh cao Tua-bin họat động vận tốc gió từ 10 đến 12 m/s Độ ồn phát sinh yếu tố thiết kế sản xuất lệ thuộc vào mật độ khơng khí, vận tốc gió độ cao hệ thống cánh quạt Độ ồn thông thường tâm hệ thống cánh Tua-bin điện gió có cơng suất từ đến MW khoảng 98 đến 109 dB(A) Thí dụ độ ồn phát sinh Tua-bin điện gió Vestas V90-1.8/2.0 MW mật độ khơng khí 1.225 kg/m³ độ cao tâm cánh quạt 80 m theo vận tốc gió khác trị số Bảng Vận tốc gío m/s m/s m/s m/s m/s Độ ồn 94,4 dB (A) 99,4 dB (A) 102,5 dB (A) 103,6 dB (A) 104,0 dB (A) Ảnh hưởng đến cảnh quan địa hình Cánh đồng điện gió thường xây dựng nơi xa khu dân cư ven bờ ngồi khơi Tuy nhiên cơng trình ảnh hưởng phần đến cảnh quan địa hình nên phải phù hợp qui định nơi đặc biệt phải giữ khoảng cách qui định đến địa điểm vùng bảo vệ thiên nhiên, bảo vệ sinh thái, bảo vệ di tích, rừng quốc gia, rừng phòng hộ khu dân cư Ngòai Tua-bin điện gió, ảnh hưởng đến cảnh quan cần phải tính đến hệ thống lưới điện đường dây cáp điện lắp đặt Ảnh hưởng phản chiếu (disco effect) Hệ thống cánh quạt Tua-bin điện gió có lớp sơn nhựa bảo vệ bóng họat động ánh sáng mặt trời gây tượng phản chiếu ánh sáng Vì Tua-bin điện gío thường có lớp sơn nhựa bảo vệ mờ (matt) không phản chiếu Hiện tượng với số nhỏ Tua-bin điện gió hệ cũ Ảnh hưởng nhấp nháy (flicker - interfering shadows) Tùy theo vị trí độ lớn Tua-bin điện gió, có ánh sáng mặt trời Tua-bin điện gió họat động gây tượng nhấp nháy ánh sáng mặt trời bị cánh qụat ngăn cách tạo vùng sáng tối không nên gây cảm nhận khó chịu Tuy nhiên, tác động có ảnh hưởng phạm vi nhỏ chân Tua-bin điện gió Ảnh hưởng đến sinh thái biển Tua-bin điện gió lắp đặt ngồi khơi có nhiều ưu điểm trình bày phần tiềm gió cao, diện tích mặt biển rộng không ảnh hưởng đến cảnh quan, tiếng ồn nên thập niên vừa qua xây dựng nhiều số nước Anh quốc, Đan Mạch, CHLB Đức, Thụy Điển số nước khác châu Âu Vì phát triển này, ảnh hưởng Cánh đồng điện gió đến sinh thái biển nhiều viện nghiên cứu thực chưa có tiêu chuẩn yêu cầu tiêu biểu chung Ảnh hưởng đến loài chim động vật Theo báo cáo Hiệp hội bảo vệ thiên nhiên Nature and Biodiversity Conservation Union - NABU - CHLB Đức năm 2005 phân tích đánh giá 127 tài liệu thống kê từ nước lắp đặt Cánh đồng điện gió lớn Anh quốc, Đan Mạch, Đức, Mỹ, Tây Ban Nha nước khác tỉ lệ chim loại động vật bị tai nạn chạm vào đường dây tải điện xe chạy đường giới khỏang triệu năm tai nạn va chạm vào Tuabin điện gió khơng đáng kể Thí dụ thống kê từ 140 Cánh đồng điện gió với 4.083 trụ Tua-bin điện gió miền bắc Tây Ban Nha từ năm 2000 đến năm 2006 số vịt trời chết bay vào cánh quạt 732 tỉ lệ thấp so với tai nạn khác Những nghiên cứu thống kê xác định dù ngày đêm, chim vịt trời bay qua nơi đặt Tua-bin điện gió nhận thức vật cản hầu hết đổi hướng bay bay cao đỉnh cánh Rotor với khoảng cách an tồn, ngòai sau thời gian ngắn chim động vật khác quen thích nghi nhanh Cũng theo nghiên cứu lòai chim di chuyển từ nơi đến nơi khác hàng năm Tua-bin điện gió lắp đặt khơng ảnh hưởng đến chúng Đối với lòai dơi, dơi động vật cần bảo vệ nghiêm ngặt nên số viện nghiên cứu CHLB Đức, Mỹ, Úc thực thống kê tai nạn dơi va chạm vào Tua-bin điện gió Những thống kê xác định số tai nạn dơi Tua-bin điện gió thấp khơng đáng kể, thí dụ năm 2005, 13 dơi bị tai nạn CHLB Đức xảy thời gian giơi sinh sản từ tháng đến tháng 9, đặc biệt tai nạn không va chạm dơi vào Tua-bin điện gió mà thể dơi bị chấn động áp suất (Barotrauma) đầu cánh quạt gây Cánh đồng điện gió đàn chim Ảnh hưởng đến sóng vơ tuyến Tua-bin điện gió có lớp sơn bảo vệ mờ không bị phản chiếu ánh sáng bị nhiễu (interference) phản chiếu sóng điện từ (electromagnetic waves) từ sóng phát truyền hình truyền khơng dây sóng mạng thơng tin di động chủ yếu hệ thống analog Tuy nhiên can nhiễu thấp không đáng kể, đặc biệt cánh quạt Tua-bin điện gió đại thiết kế vật liệu khơng tác động vào sóng vơ tuyến Nếu so với tòa nhà cao tầng ảnh hưởng phản chiếu sóng điện nhẹ nhiều nói khơng ảnh hưởng Mặc dù Tua-bin điện gió khơng nên lắp đặt phạm vi phát sóng chuẩn (radio links) Ảnh hưởng đến đường hàng khơng Tua-bin điện gió cho nguyên nhân gây trở ngại cho đường hàng khơng, đặc biệt gây can nhiễu có hại cho hệ thống thông tin lưu động hàng không Thông thường bán kính khỏang 10 km tính từ trung tâm sân bay, việc xây dựng Cánh đồng điện gió phải có đồng ý quan quản lý hàng khơng Tuy nhiên dù Cánh đồng điện gió xây dựng nơi nào, trụ Tua-bin điện gió lắp đặt phải có đèn tín hiệu ln ln họat động hòan chỉnh, ánh đèn tín hiệu gây cảm giác khó chịu khoảng cách định đến khu dân cư thấp 300 mét Ảnh hưởng đến hệ thống radar Tua-bin điện gió coi nguyên nhân gây trở ngại cho hệ thống radar Khi Cánh đồng điện gió gồm nhiều Tua-bin điện gió lắp đặt gần có nhiều bóng râm từ thân trụ gây ảnh hưởng đến tầm quan sát xa (Operating range) radar luồng sóng radar bị xáo động ổn định lại sau khỏang cách từ 300 đến 400 mét Khi cánh quạt Tua-bin điện gió quay, sóng dội radar (radar echo signal) bị ảnh hưởng giới hạn thời gian (time limit) phát tín hiệu khơng xác Vì Tua-bin điện gió khơng lắp đặt địa điểm gần gần hệ thống radar, đặc biệt radar bảo vệ an toàn bàu trời radar phục vụ thông tin lưu động hàng không Ảnh hưởng đến sức khỏe người Tua-bin điện gió lắp đặt nơi xa họat động người nên ngồi tai nạn xảy với nguời lao động làm việc thùng Nacelle Cánh đồng điện gió khơng ảnh hưởng đến sức khỏe người Tuy nhiên Cánh đồng điện gió nơi tham quan thú vị nên số ảnh hưởng dù nhỏ xảy phải đề cập đến khả cánh quạt bị gẫy, khả hạt nước đông thành đá cánh quạt rơi xuống vùng ôn đới nguy hại việc khai thác chất Neodym (Nd), hợp chất Neodymium-Iron-Bor (NdFeB) đất máy phát điện dầu hộp số Khả cánh quạt bị gẫy Khi Tua-bin điện gió họat động, cánh quạt bị gẫy nguyên nhân bị sét đánh trực tiếp vào thân cánh, lỗi thiết kế thiếu xác dung sai độ cong cánh quạt vật liệu chất lượng, cánh quạt họat động vận tốc gió cao bị cong đụng vào thân trụ, độ bền mỏi vật liệu cánh quạt không đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, cánh quạt quay thăng tần số rung hệ thống cánh quạt trụ bị cộng hưởng Tuy nhiên nguyên nhân hầu hết nhà sản xuất Tua-bin điện gió khắc phục, cải tiến gần lọai bỏ Khả nước đông thành đá văng xuống gây tai nạn Cánh đồng điện gió xây dựng vùng ơn đới nơi mà mùa đơng có nhiệt độ xuống thấp, nước khơng khí tụ lại thân cánh, thùng Nacelle đơng thành băng đá văng xuống gây tai nạn cho người động vật khác Tùy theo độ cao Tua-bin điện gió, vận tốc gió vận tốc số vòng quay vị trí hạt băng đá bám vào thân cánh quạt, hạt băng đá văng xa đến 100 mét gây tai nạn, đặc biệt quạt điện gió lắp đặt ven đường không giữ qui định khỏang cách Vật liệu gây nguy hại cho sức khỏe người Như trình bày phần Máy phát điện nam châm vĩnh cửu, Tua-bin điện gió sử dụng máy phát điện nam châm vĩnh cửu chế tạo với chất Neodym (Nd) từ hợp chất Neodymium-Iron-Bor (NdFeB) đất Theo phân tích Đài truyền hình ARD - CHLB Đức (ARD Magazin Panorama) tài liệu quan Thông Ideja - Agency for communication - Basel - Thụy Sĩ năm 2011 việc khai thác, tách chất Neodym (Nd) từ quặng đất để lại nhiều phần rác nguy hiểm đến sức khỏe người chất Uran Thorium Những chất phóng xạ vào mạch nước nguồn ảnh hưởng đến hệ sinh thái, hệ thực vật đặc biệt sức khỏe người lao động dân cư địa điểm khai thác bị nguy hại nghiêm trọng Chính yếu tố mà số viện nghiên cứu giới lãnh vực điện gió thử nghiệm để tìm vật liệu khác thay cho chất Neodym Cánh đồng điện gió Tuy Phong - Bình Thuận - cơng suất 120MW gồm 80 Tua-bin điện gió Fuhrländer 1,5 MW Giai đọan I hồn thành vào năm 2011 với 20 Tua-bin Cánh đồng điện gió Bạc Liêu Cơng suất 99 MW gồm 80 Tua-bin điện gió GE Energy 1,5 MW thức khởi công vào tháng 11 năm 2011 Trụ Tua-bin dựng vào tháng năm 2012 Nguồn, chi tiết tài liệu tham khảo xin xem tập sách ĐIỆN GIÓ Phát hành ngày 12 tháng năm 2012 từ Nhà xuất Lao Động, Công ty sách Mybook Cơng ty Văn hóa Phương Nam - TP Hồ Chí Minh ... vùng có tiềm gió nhiều theo vận tốc gió trung bình xáo động gió năm Tiêu chuẩn Lớp gió cho Tua-bin điện gió [59] Tiêu chuẩn Tua-bin theo loại (IEC) I (vùng có gió mạnh) II (vùng có gió mạnh) III... DHKHTN - 2012 Nguyên tắc cột đo gió Nguyên tắc cột đo gió Tua-bin Cột đo gió Huyện Bình Đại - Bến Tre Hoa tốc độ gió Hoa tốc độ gió trung bình Những số liệu vận tốc gió chuyển vào phần mềm, thí... Trang trại điện gío lắp đặt biển Tích trữ lượng từ gió 10 Thử nghiệm điện gió với cơng nghệ khác 11 Thị trường điện gió Việt Nam Tổng quát Sự phát triển Năng lượng điện từ gío Đức, Âu châu Thế giới