ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRẦN THỊ BÉ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG GIÓ VÙNG BIỂN VEN BỜ VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRẦN THỊ BÉ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG GIÓ VÙNG BIỂN VEN BỜ VIỆT NAM Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. DƯ VĂN TOÁN Hà Nội - Năm 2013 Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Trần Thị Bé i K19 Cao học Môi Trường MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Đặt vấn đề 1 2. Mục tiêu của đề tài 2 3. Nội dung nghiên cứu 2 Chương 1 - TỔNG QUAN 3 1.1. Tổng quan về năng lượng gió 3 1.2. Hiện trạng phát triển điện gió trên thế giới 3 1.2.1. Hiện trạng phát triển điện gió 3 1.2.2. Hiện trạng phát triển điện gió ngoài khơi 5 1.2.3. Hiện trạng phát triển công nghệ tua-bin gió 6 1.3. Hiện trạng phát triển điện gió ở Việt Nam 8 1.3.1. Vai trò của điện gió ở Việt Nam 8 1.3.2. Các dự án điện gió hiện nay ở Việt nam 11 1.3.3. Quy hoạch phát triển điện gió toàn quốc 14 1.3.4. Một số nghiên cứu đánh giá tiềm năng năng lượng gió ở Việt Nam 17 1.4. Tổng quan về khu vực nghiên cứu 22 1.4.1. Đặc điểm chung 22 1.4.2. Đặc điểm của chế độ gió 23 Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 26 2.2. Phương pháp nghiên cứu 27 2.2.1. Phương pháp tính toán tốc độ gió ở các độ cao khác nhau 27 2.2.2. Phương pháp tính toán mật độ năng lượng gió 37 2.2.3. Phương pháp xây dựng sơ đồ phân bố tiềm năng năng lượng gió 42 2.2.4. Phương pháp đánh giá tiềm năng năng lượng gió 44 Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Trần Thị Bé ii K19 Cao học Môi Trường Chương 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 47 3.1. Kết quả tính toán tốc độ gió tại các độ cao khác nhau 47 3.2. Kết quả tính toán mật độ năng lượng gió 52 3.3. Kết quả xây dựng sơ đồ phân bố tiềm năng năng lượng gió 60 3.4. Đánh giá tiềm năng năng lượng gió 61 3.4.1. Đánh giá tiềm năng năng lượng gió theo tốc độ gió 61 3.4.2. Đánh giá tiềm năng năng lượng gió theo mật độ năng lượng gió 64 3.5. Một số giải pháp nhằm khai thác điện gió trên biển 67 3.5.1. Giải pháp về thị trường 67 3.5.2. Giải pháp về kỹ thuật công nghệ 68 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 71 KẾT LUẬN 71 KHUYẾN NGHỊ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Trần Thị Bé iii K19 Cao học Môi Trường DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Công suất và tốc độ gia tăng điện gió ở một số nước trên thế giới trong giai đoạn 2010 - 2012 [28] 5 Bảng 2: Công suất điện gió ngoài khơi ở một số nước trên thế giới trong giai đoạn 2009 - 2012 [28] 6 Bảng 3: Phân loại tua-bin gió theo công suất [12] 8 Bảng 4: Thống kê diện tích tiềm năng gió lý thuyết theo tỉnh (km 2 ) [14] 15 Bảng 5: Thống kê diện tích tiềm năng gió kỹ thuật theo tỉnh (km 2 ) [14] 16 Bảng 6: Tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam tại độ cao 65 m theo Atlas gió năm 2001 [26] 19 Bảng 7: Tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam tại độ cao 80m theo Atlas gió năm 2010 [14] 19 Bảng 8: Danh sách các trạm khí tượng vùng duyên hải và hải đảo dùng để khai thác số liệu về tốc độ gió tầng thấp [3, 10] 30 Bảng 9: Tốc độ gió thực và tốc độ gió tách lặng trung bình theo mùa, năm tại các trạm khí tượng vùng duyên hải và hải đảo, độ cao 10m [3, 10] 32 Bảng 10: Bảng phân loại địa hình và độ gồ ghề khu vực các trạm khí tượng vùng duyên hải và hải đảo [3] 34 Bảng 11: Hệ số mẫu năng lượng K ở các trạm đo gió [3] 41 Bảng 12: Phân cấp năng lượng gió của Cục Năng lượng Hoa Kỳ [4] 44 Bảng 13: Phân cấp tài nguyên gió trên biển Châu Âu [4] 45 Bảng 14: Phân cấp tài nguyên gió Đông Nam Á ở độ cao 30 và 65m [26] 45 Bảng 15: Phân cấp năng lượng gió theo tốc độ gió và mật độ năng lượng gió 46 Bảng 16: Kết quả tính toán tốc độ gió ở các độ cao 50m, 100m và 150m tại các trạm khí tượng đo gió 48 Bảng 17: Tốc độ gió trung bình năm thay đổi theo độ cao 51 Bảng 18: Kết quả tính toán mật độ năng lượng gió trung bình theo mùa, năm tại các trạm khí tượng đo gió 53 Bảng 19: Danh mục các sơ đồ phân bố tiềm năng năng lượng gió 61 Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Trần Thị Bé iv K19 Cao học Môi Trường DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Tổng công suất lắp đặt điện gió trên thế giới trong giai đoạn 1997 - 2012 (MW) [28] 4 Hình 2: Một số hình ảnh về các dự án điện gió ở Việt Nam 13 Hình 3: Atlas tiềm năng gió của Việt Nam năm 2001 và năm 2010 20 Hình 4: Bản đồ tiềm năng năng lượng gió trên Biển Đông và biển ven bờ Việt Nam, độ cao 80m [8] 21 Hình 5: Bản đồ các tỉnh, thành phố ven biển Việt Nam [6] 23 Hình 6: Hoa gió tại trạm khí tượng ở một số hòn đảo [8] 24 Hình 7: Khu vực nghiên cứu 27 Hình 8: Sơ đồ phân bố tốc độ gió trung bình năm ở vùng biển ven bờ Việt Nam tại độ cao 10m và 100m 62 Hình 9: Sơ đồ phân bố mật độ năng lượng gió trung bình năm ở vùng biển ven bờ Việt Nam tại độ cao 100m 65 Hình 10: Sơ đồ phân bố mật độ năng lượng gió trung bình theo mùa ở vùng biển ven bờ Việt Nam tại độ cao 100m 67 Hình 11: Cấu tạo công trình điện gió trên biển [2] 69 Hình 12: Tua-bin gió trục ngang và trục đứng được lắp đặt trên biển 70 Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Trần Thị Bé 1 K19 Cao học Môi Trường MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Hiện nay, cùng với sự phát triển kinh tế và gia tăng dân số dẫn đến tốc độ sử dụng năng lượng ngày càng tăng, làm cho các nguồn năng lượng truyền thống ngày càng trở nên khan hiếm. 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 sản xuất, sinh hoạt và các mục đích khác. Do vậy, trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng cần có các chiến lược trung và dài hạn nhằm đảm bảo an ninh năng lượng bằng cách khai thác tiết kiệm, hiệu quả và giảm thiểu sự phụ thuộc vào những nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu khí, thủy điện…. , đồng thời mở rộng ứng dụng các nguồn năng lượng mới, đặc biệt ưu tiên phát triển các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió, mặt trời, thủy triều, sinh khối.… Việt Nam là nước có hơn 3000km đường bờ biển và nằm trong khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên được đánh giá là một trong những quốc gia có tiềm năng năng lượng gió khá tốt. Tuy nhiên, hiện nay các dự án điện gió ở Việt Nam vẫn chưa thu hút được các nhà đầu tư trong và ngoài nước, điện gió vẫn chưa phát huy được hết tiềm năng của mình. Nhận thấy việc cần thiết nhằm phát triển điện gió ở nước ta, ngày 29/06/2011 Thủ tướng Chính phủ đã có Quyết định số 37/2011/QĐ- TTg Về cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án điện gió tại Việt Nam, và ngày 21/07/2011 Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến 2030 (Quy hoạch điện VII), theo đó đến năm 2020 nước ta sẽ có 1.000MW điện gió và đến năm 2030 là 6.200MW công suất nguồn điện gió. Vùng biển nước ta có diện tích rộng hơn 1 triệu km 2 và có nhiều vùng biển nông. Mặt khác, theo nguồn số liệu về gió được thu thập chủ yếu từ các trạm khí tượng thuỷ văn, tốc độ gió trung bình năm đo được từ các trạm ở trong đất liền tương đối thấp, khoảng 2-3m/s. Tuy nhiên, ở khu vực ven biển có tốc độ gió cao hơn, từ 3-5m/s. Ở khu vực các đảo, tốc độ gió trung bình có thể đạt tới 5-8m/s. Do đó, có thể nói ở vùng biển ven bờ và các hải đảo của nước ta có tiềm năng khá tốt Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Trần Thị Bé 2 K19 Cao học Môi Trường để phát triển điện gió. Ngoài ra, các nhà máy điện gió trên đất liền chiếm dụng khá nhiều đất đai, trong khi đó không gian trên mặt biển vẫn chưa được khai thác nhiều. Do vậy, việc nghiên cứu đánh giá tiềm năng năng lượng gió trên biển nhằm xác định các khu vực phù hợp để xây dựng nhà máy điện gió là rất cần thiết. Đó là lý do tôi chọn đề tài: “Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam” 2. Mục tiêu của đề tài Bước đầu áp dụng các phương pháp tính toán năng lượng gió để tính tiềm năng năng lượng gió lý thuyết cho vùng biển ven bờ Việt Nam. Qua đó nhằm xác định ra những khu vực phù hợp để xây dựng các nhà máy điện gió trên biển và đề xuất một số giải pháp để khai thác nguồn năng lượng này. 3. Nội dung nghiên cứu - Tính toán tốc độ gió ở các độ cao khác nhau (50m, 100m, 150m), tính toán mật độ năng lượng gió trung bình cả năm và trong hai mùa (mùa hạ và mùa đông) ở các độ cao khác nhau tại các vị trí được lựa chọn trong khu vực nghiên cứu. - Vẽ các sơ đồ phân bố tốc độ gió, mật độ năng lượng gió trong khu vực nghiên cứu. - Đánh giá tiềm năng năng lượng gió lý thuyết ở vùng biển ven bờ Việt Nam. - Đề xuất một số giải pháp nhằm khai thác điện gió trên biển. Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Trần Thị Bé 3 K19 Cao học Môi Trường Chương 1 - TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về năng lượng gió Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển trái đất, đây là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. Năng lượng gió là một nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái tạo. Con người từ lâu đã biết sử dụng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm, khinh khí cầu hoặc cối xay gió. Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành sau khi ra đời các phát minh về điện và máy phát điện. Từ sau cuộc khủng hoảng dầu lửa vào những năm 1970, việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác nhau được đẩy mạnh trên toàn thế giới, kể cả việc phát triển các tua-bin gió hiện đại. Nguyên lý phát điện từ năng lượng gió như sau: tua-bin gió biến động năng của gió thành động năng của tua-bin, chuyển động quay của tua-bin 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 truyển tải đi đến nơi sử dụng qua đường dây tải điện. 1.2. Hiện trạng phát triển điện gió trên thế giới 1.2.1. Hiện trạng phát triển điện gió Từ sau cuộc khủng hoảng dầu lửa trong thập niên 70 của thế kỷ 20, việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác, nhất là từ gió, được đẩy mạnh trên toàn thế giới. Điện gió cũng là một trong những công nghệ phát điện bằng năng lượng tái tạo với giá thành tương đối thấp và có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất trên thế giới hiện nay. Theo Báo cáo Năng lượng gió thế giới năm 2012 [28] của Hiệp hội Năng lượng gió thế giới (World Wind Energy Association - WWEA) cho biết: Trong năm 2012, trên toàn thế giới mới lắp đặt thêm được 44.609MW điện gió, nâng tổng công suất lắp đặt của điện gió đạt 282. 275MW (Hình 1), đóng góp khoảng 580 TWh điện mỗi năm, đáp ứng 3% nhu cầu tiêu thụ điện trên toàn thế giới, doanh thu từ điện gió ước tính là 75 tỷ USD. Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Trần Thị Bé 4 K19 Cao học Môi Trường Tốc độ tăng trưởng của điện gió trong năm 2012 trên toàn thế giới là 19,3%, đây là mức tăng thấp nhất trong 10 năm trở lại đây. Trong đó, châu Á là khu vực dẫn đầu về công suất điện gió mới được lắp đặt (chiếm 36,3% toàn thế giới), tiếp theo là Bắc Mỹ (31,3%) và châu Âu (27,5%), còn lại là các khu vực khác: châu Mỹ Latinh (3,9%), Australia (0,8%) và châu Phi (0,2%). WWEA cũng dự đoán công suất điện gió trên toàn thế giới có thể sẽ đạt 500.000MW vào năm 2016 và đạt ít nhất là 1.000.000MW vào cuối năm 2020. Hình 1: Tổng công suất lắp đặt điện gió trên thế giới trong giai đoạn 1997 - 2012 (MW) [28] Hiện nay, trên thế giới có 100 nước đang sử dụng điện gió. Trong đó, 10 nước đứng đầu về công suất điện gió là: Trung Quốc, Mỹ, Đức, Tây Ban Nha, Ấn Độ, Anh, Italy, Pháp, Canada, Bồ Đào Nha. Chỉ riêng 10 nước này đã chiếm 86% công suất điện gió trên toàn thế giới. Việt Nam là nước có công suất điện gió đứng thứ 59/100 theo xếp loại của WWEA, thể hiện trong bảng sau: [...]... đã nêu Hình 4: Bản đồ tiềm năng năng lượng gió trên Biển Đông và biển ven bờ Việt Nam, độ cao 80m [8] Tr n Th Bé 21 K19 Cao h c Môi Trư ng ánh giá ti m năng năng lư ng gió vùng bi n ven b Vi t Nam Đề tài đã đánh giá tiềm năng gió dựa vào bản đồ phân bố mật độ năng lượng gió ở độ cao cần khai thác năng lượng Trên bản đồ phân bố tiềm năng gió ở độ cao 80m cho thấy trên Biển Đông, vùng kéo dài dọc theo... nói đến tiềm năng gió ở Việt Nam Tuy nhiên, atlas gió này của WB được nhiều chuyên gia đánh giá là quá lạc quan và có thể mắc một số lỗi do tiềm năng gió được đánh giá dựa trên chương trình mô phỏng Tr n Th Bé 18 K19 Cao h c Môi Trư ng ánh giá ti m năng năng lư ng gió vùng bi n ven b Vi t Nam Bảng 6: Tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam tại độ cao 65 m theo Atlas gió năm 2001 [26] Tốc độ gió trung... Trư ng ánh giá ti m năng năng lư ng gió vùng bi n ven b Vi t Nam khai thác” - Viện Cơ học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, năm 2006 2010 Nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với bờ biển kéo dài (trên 3000 km), Việt Nam được đánh giá là quốc gia có tiềm năng năng lượng gió khá lớn Tuy nhiên, giống như nhiều quốc gia đang phát triển khác, tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam vẫn chưa được lượng hoá... Resource Atlas of Southeast Asia”, WB, 2001) Tiềm năng gió Việt Nam được đánh giá căn cứ vào bản đồ Atlas tiềm năng gió Việt Nam (Hình 3), thiết lập năm 2010, kết hợp với bản đồ địa dư các địa phương liên quan (đã số hóa) Atlas tiềm năng gió cho thấy, các khu vực có tiềm năng gió tập trung ở khu vực duyên hải các tỉnh phía Nam Tổng diện tích được đánh giá có tiềm năng gió vào loại khá trở lên (có vận tốc trung... của luận văn là năng lượng gió ở vùng biển ven bờ và một số hòn đảo (chủ yếu là gần bờ) của Việt Nam Diện tích vùng biển Việt Nam là hơn 1 triệu km2, trong đó có hơn 3.000 hòn đảo lớn, nhỏ và hai quần đảo lớn là Hoàng Sa và Trường Sa Các đảo của ViệtNam được chia thành hệ thống các đảo ven bờ và hệ thống các đảo xa bờ Hệ thống đảo ven bờ có khoảng 2.800 đảo, phân bố tập trung nhất ở vùng biển các tỉnh:... công suất điện gió tiềm năng lý thuyết có thể lắp đặt trên địa bàn Việt Nam ước khoảng 21.356MW Lượng công suất này được ước tính dựa trên tổng diện tích khu vực có Tr n Th Bé 14 K19 Cao h c Môi Trư ng ánh giá ti m năng năng lư ng gió vùng bi n ven b Vi t Nam tiềm năng gió lý thuyết và giả thiết rằng mật độ bố trí công suất tua-bin gió là 1MW/25ha Bảng 4: Thống kê diện tích tiềm năng gió lý thuyết theo... điện gió ước đạt 21.356MW Bảng tổng hợp kết quả đánh giá tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 80m thể hiện ở bảng sau đây: Bảng 7: Tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam tại độ cao 80m theo Atlas gió năm 2010 [14] Tốc độ gió trung bình Diện tích (km2) Diện tích (%) Nghèo 7m/s 324.800 4.235 1.104 98,4 1,3 0,3 16.940 4.416 Tiềm năng (MW) Tr n Th Bé Khá 6 -7m/s 19 K19 Cao h c Môi Trư ng ánh giá. .. ánh giá ti m năng năng lư ng gió vùng bi n ven b Vi t Nam Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của Luận văn là năng lượng gió (cụ thể là tốc độ gió và mật độ năng lượng gió) * Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu của Luận văn là vùng biển ven bờ và các hải đảo của Việt Nam (Hình 8), cách đường bờ khoảng 50km... m năng năng lư ng gió vùng bi n ven b Vi t Nam Atlas gió năm 2001, độ cao 65m [26] Atlas gió năm 2010, độ cao 80m [14] Hình 3: Atlas tiềm năng gió của Việt Nam năm 2001 và năm 2010 Thực hiện so sánh giữa 2 Atlas gió năm 2001 và năm 2010, có thể nhận thấy về mặt định tính, cả 2 atlas đều khá giống nhau về tiềm năng gió tương đối vượt trội ở một số khu vực như khu vực duyên hải các tính phía nam và Nam. .. ánh giá ti m năng năng lư ng gió vùng bi n ven b Vi t Nam Bình Thuận, Ninh Thuận, Gia Lai, Đăk Lăk Tổng công suất điện gió nối lưới về mặt kỹ thuật có thể lắp đặt trên địa bàn Việt Nam ước khoảng 7.728MW Lượng công suất này được ước tính dựa trên tổng diện tích khu vực có tiềm năng gió lý thuyết và giả thiết rằng mật độ bố trí công suất tua-bin gió là 1MW/25ha Bảng 5: Thống kê diện tích tiềm năng gió . 3.4.1. Đánh giá tiềm năng năng lượng gió theo tốc độ gió 61 3.4.2. Đánh giá tiềm năng năng lượng gió theo mật độ năng lượng gió 64 3.5. Một số giải pháp nhằm khai thác điện gió trên biển 67. độ năng lượng gió trung bình theo mùa, năm tại các trạm khí tượng đo gió 53 Bảng 19: Danh mục các sơ đồ phân bố tiềm năng năng lượng gió 61 Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ. ở vùng biển ven bờ và các hải đảo của nước ta có tiềm năng khá tốt Đánh giá tiềm năng năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam Trần Thị Bé 2 K19 Cao học Môi Trường để phát triển điện gió.