DMCA.com Protection Status

Tổng quan về năng lượng gió  quan tâm

Được đăng bởi: KNV

Cập nhật lúc 10:59 ngày 26/08/2018

Tổng quan về năng lượng gió

Năng lượng gió là một nguồn năng lượng quan trọng và có tiềm năng rất lớn. Đây là dạng năng lượng sạch, phong phú và là nguồn cung cấp năng lượng gần như vô tận. Công nghệ và kỹ thuật khai thác năng lượng gió phát triển vượt bậc trong 2 thập kỷ vừa qua, ví dụ như công suất turbin gió hiện nay lớn gấp 100 lần so với 20 năm trước. Do đó, năng lượng gió được liệt vào một trong những dạng năng lượng hoàn nguyên sản xuất điện năng phát triển nhanh nhất trong thời gian gần đây, với tốc độ gia tăng trung bình mỗi năm là 26%. Cho đến cuối năm 2003, điện gió được phát triển tại hơn 50 quốc gia trên thế giới, với tổng công suất điện toàn cầu đạt tới 40.300 MW, trong đó châu Âu chiếm 73%. 5 quốc gia đứng đầu về sản xuất điện gió là Đức, Mỹ, Tây Ban Nha, Đan Mạch và Ấn Độ, chiếm 84% tổng công suất toàn cầu. 

Các lợi thế chính của năng lượng gió: 

Sạch, không gây ô nhiễm: năng lượng gió không thải khí và suy kiệt theo thời gian.

Tăng cường phát triển kinh tế địa phương: các nông trại gió có khả năng nâng cao thu nhập của chủ đất qua các hình thức cho thuê đất để phát triển trại gió, đưa tới việc tăng lợi tức từ thuế cho cộng đồng địa phương.

Đa dạng về hình thức và quy mô: ứng dụng năng lượng gió gồm nhiều hình thức và quy mô từ nhỏ đến lớn, từ các trại gió tập trung đến các hệ thống phát điện gia dụng.

Ổn định giá năng lượng: với khả năng đóng góp và đa dạng hóa năng lượng, năng lượng gió có thể góp phần giảm sự phụ thuộc vào các dạng năng lượng truyền thống (năng lượng hóa thạch) vốn thay đổi theo giá thành và khả năng cung cấp.

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 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 truyến 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 khai triển. 

Turbin gió thu năng lượng nhờ chuyển đổi lực thổi của gió thành lực quay để quay các quạt của rotator. Năng lượng chuyển đổi từ gió sang rotator phụ thuộc vào mật độ không khí, diện tích rotator và vận tốc gió.

Ba thành phần chính trong turbin gió bao gồm rotor, nacelle (trong đó có hộp điều tốc, máy phát điện và hộp điều khiển kèm theo thiết bị theo dõi) và cột/tháp chống (tower). Turbin gió hiện đại cỡ lớn bao gồm rotor cánh quạt 3 lưỡi đường kính 42-80m, máy phát công suất 600 kW - 2 MW, lắp trên tháp chống cao 40-100m. Các trang trại/cánh đồng điện gió bao gồm tập hợp các turbin dạng này.

 20 năm trước, những turbin gió đầu tiên ra đời có công suất tương đối nhỏ (50-100kW, đường kính 15-20m). Càng ngày, công suất của turbin gió càng tăng không ngừng. Ngày nay, các turbin thương mại có mức xấp xỉ 1MW và các turbin gió ngoài khơi có công suất lên đến 3MW. Việc tăng công suất của turbin có 2 ưu việt chính: giảm giá thành và tăng sản lượng. Độ tin cậy của các turbin cũng được cải thiện đáng kể (95%).

Hầu hết các turbin hiện nay trên thế giới là dạng cánh quạt 3 lưỡi chế tạo từ chất dẻo gia cường. Ngoài ra còn một số dạng khác như turbin cánh quạt 2 lưỡi (thậm chí cánh quạt một lưỡi) với các dạng vật liệu khác nhau (như gỗ epoxy). Các turbin đa tốc ngày càng trở nên phổ biến với khả năng gia tăng sản lượng điện thông qua việc ứng dụng hệ thống AC/DC/AC. Ngoài ra, hệ thống đa tốc còn có những thuận lợi rõ rệt khác, ví dụ như rotor quay chậm hơn khi gió thổi nhẹ (vận tốc nhỏ), do đó giảm tiếng ồn...

Các tháp đỡ thường được làm bằng thép và đa số là có dạng ống. Các tháp lattice, vốn rất phổ cập ở các turbin thế hệ cũ, hiện rất hiếm, chỉ trừ đối với trường hợp các turbin công suất từ 100 kW trở xuống

Ngoài ra, do công suất gió tăng rất nhanh so với sự gia tăng vận tốc của gió, người ta còn phải thiết kế các hệ thống giới hạn công suất gió của turbin trong trường hợp turbin vận hành trong điều kiện gió lớn. Có 2 dạng thiết kế phổ biến là dạng rotor điều tốc và dạng hiệu chỉnh công suất đỉnh.

Sản lượng năng lượng điển hình của một turbin dao động trong khoảng 1.500-5.000 MWh/năm, tùy thuộc vào vận tốc gió (trung bình từ 5-8 m/s). Do đó, vận tốc gió là yếu tố hàng đầu quyết định giá thành phong điện. Thông thường dọc bờ biển tại khắp các châu lục, vận tốc gió trung bình là 5 m/s, tuy nhiên để khai triển phong điện người ta thường khảo sát và khai thác những khu vực có vận tốc gió cao hơn. 

Vận tốc gió ngoài biển thường cao hơn trong bờ, do đó người ta đã và đang tiếp tục tiến hành khai triển các dự án phong điện ở ngoài khơi  như ở Đan Mạch, Thụy Điển, Đức, Anh, Ailen và một số nước khác. Tại các khu vực này, gió ngoài khơi thường cao hơn gió trong bờ từ 0,5-1,0 m/s, tùy thuộc vào khoảng cách so với bờ. Tuy nhiên, lợi thế về vận tốc gió thường không bù được chi phí lắp đặt cao hơn bình thường. Do đó, lý do của việc khai triển phong điện ngoài khơi là do nguồn gió ở đây dồi dào và giảm thiểu được các tác động môi trường.

"Hướng tới mục tiêu năng lượng gió đáp ứng 12% nhu cầu điện toàn cầu cho đến năm 2020". Đây là thông cáo đưa ra trong Báo cáo "Wind Force 12" được Hiệp Hội Năng lượng Gió châu Âu (EWEA) công bố vào mùa Hè 2005. 

Báo cáo này chứng minh rằng thế giới sẽ vượt mọi rào cản về kỹ thuật, kinh tế và nguồn lực và năng lượng để có thể cung cấp 12% nhu cầu điện trên toàn cầu từ phong điện cho đến thời điểm năm 2020. Đây là bước tiến cần thiết để có thể giảm thiểu một lượng khí thải hiệu ứng nhà kính tương đương với khoảng 11 tỷ tấn CO2 vào năm 2020. 

Giá trị thị trường của turbin gió sẽ đạt đến 80 tỷ USD giao dịch mỗi năm vào năm 2020, tức là tăng gấp 10 lần so với con số hiện nay (~ 8 tỷ USD), giúp đáp ứng được thị trường năng lượng toàn cầu, mở ra một kỷ nguyên mới của tăng trưởng kinh tế, phát triển công nghệ và bảo vệ môi trường. Năng lượng gió là một trong một số ít những công nghệ sản xuất điện năng đã đủ độ chín mùi và vững chắc để có thể phát triển mạnh mẽ trong tương lai gần, là một giải pháp hiệu quả đối phó với sự bất ổn giá nhiên liệu hóa thạch và tăng cường sự an ninh năng lượng của mỗi quốc gia. 

Báo cáo này cũng chỉ ra 13 quốc gia có vai trò then chốt trong việc mở khóa và phát triển thị trường điện gió trên thế giới là: Úc, Brazil, Canada, Trung Quốc, Pháp, Ấn Độ, Ý, Nhật Bản, Phillipin, Ba Lan, Thổ Nhĩ Kỳ, Anh, và Mỹ.