Nghiên cứu phương pháp tự thích nghi thuật toán tiến hoá ứng dụng lựa chọn tuabin gió trục ngang
Hiện nay thế giới sử dụng chủ yếu các nguồn năng lượng hoá thạch (khoảng 80%) như than, dầu mỏ, các sản phẩm từ dầu mỏ, khí thiên nhiên … vad các nguồn năng lượng có thể sản xuất công suất lớn như năng lượng nguyên tử lại tiềm ẩn một hiểm hoạ khôn lường như vụ nổ nhà máy điện hạt nhân ở Nhật Bản năm 2011. Trong khi đó nguồn thuỷ điện đã khai thác tối đa và được coi là rẻ hơn lại gặp nhiều khó khăn như ảnh hưởng lớn đến môi trường, phụ thuộc quá nhiều vào lượng mưa hằng năm, các vị trí cao để xây đập lại rất ít, không những thế hiện nay đầu nguồn sông lớn chảy về hầu như đã sử dụng hết. Cộng với mức tiêu thu năng lượng ngày càng tăng hiện nay ta phải đối mặt với một thời kỳ rất khó khăn trong việc đáp ứng cung và cầu của năng lượng hoá thạch mà chủ yếu là dầu mỏ dễ sử dụng và rồi nguồn tài nguyên hữu hạn này đến một ngày sẽ rơi vào tình trạng cạn kiệt. Trong vài năm qua, năng lượng gió đã cho thấy tỷ lệ tăng trưởng nhanh, phát triển rất mạnh ở nhiều quốc gia như Mỹ, Hà Lan, Đức …, đây chính là nguồn năng lượng sạch nhằm thay thế sự thiếu hụt về năng lượng hiện nay.
Nước ta là một nước có khí hậu nhiệt đới, vị trí địa lý đặc trưng, phía đông là bờ biển kéo dài trên 3000 km, phía tây là dãy Trường Sơn đồi núi cao. Với vị trí địa lý như vậy đã gây không ít khó khăn cho việc phát triển kinh tế, tuy nhiên bên cạnh đó mang lại nhiều thuận lợi cho việc phát triển thuỷ điện, năng lượng mặt trời, năng lượng gió. Nên việc xây dựng hệ thống năng lượng gió là một đáp án khả thi cho việc khủng hoảng năng lượng trong tương lai.
Do đó việc nghiên cứu năng lượng gió là một biện pháp rất vần thiết nhằm ngày càng hoàn thiện hơn việc chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng điện.
Trong đó, việc thiết kế máy phát điện cho hệ thống gió theo phương pháp kinh điển phụ thuộc vào mô hình toán học. Tuy nhiên việc xây dựng mô hình toán học chính xác của hệ thống rất khó khăn khi không biết các thay đổi thông số đầu vào của máy phát.
Hiện nay việc sử dụng các thuật toán tìm kiếm lời giải tối ưu cho nhiều bài toán với không gian tìm kiếm lớn được các nhà khoa đọc đặc biệt quan tâm. Việc đòi hỏi các thuật giải hiệu quả cao và sử dụng trí tuệ nhân tạo là rất cần thiết khi giải quyết các bài toán dạng này. Thuật giải di truyền là một trong các giải pháp để tìm kiếm lời giải tối ưu đã đáp ứng được yêu cầu của nhiều bài toán và ứng dụng.
Thuật giải di truyền giải bài toán bằng cách mô phỏng lại và áp dụng các quy luật trong quá trình tiến hóa của tự nhiên. Phương pháp này không đảm bảo đưa ra lời giải tối ưu mà chỉ cố gắng tìm kiếm các lời giải tương đối tối ưu.
Thuật toán tiến hoá được ứng dụng nhiều trong thực tế từ khoa học, kinh doanh đến các ngành công nghiệp, xây dựng và thậm chí là giải trí. Vì thế, với mong muốn tìm hiểu sâu hơn về các kỹ thuật mới, tiên tiến đã được phát triển để giải quyết những bài toán thực tế.
Để tối ưu hoá trọng lượng của máy phát điện sử dụng nam châm vĩnh cửu trong hệ thống tuabin gió trục ngang người nghiên cứu lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu phương pháp tự thích nghi thuật toán tiến hoá, ứng dụng lựa chọn tuabin gió trục ngang” làm đề tài cho luận văn Thạc sĩ.
– Đề xuất úng dụng phương pháp lai ghép tự động.
– Nghiên cứu phương pháp tự thích nghi thuật toán tiến hoá, ứng dụng lựa chọn tuabin gió trục ngang.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
☑ Đối tượng nghiên cứu:
Máy phát điện đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửutrong hệ thống tuabin gió trục ngang
Tự thích nghi thuật toán tiến hoá
☑ Phạm vi nghiên cứu:
-Tìm hiểu các phương pháp tối ưu động cơ nam châm vĩnh cửu
+ Phương pháp truyền thống
+ Phương pháp ứng dụng thuật toán
Trong đó, Nghiên cứu phương pháp tự thích nghi của thuật toán tiến hoá thay đổi thông số đầu vào làm giảm khối lượng của máy phát điện đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu trong hệ thống tuabin gió trục ngang làm hướng nghiên cứu chính.
-Xây dựng thuật toán.
-Ứng dụng thuật toán thay đổi thông số đầu vào máy phát điện đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu.
Nghiên cứu lý thuyết và tìm hiểu cấu trúc của máy phát điện đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu.
Xây dựng thuật toán, viết chương trình trên phần mềm Matlab, để kiểm chứng, đánh giá và rút ra kết luận.
▪ Ý nghĩa khoa học:
Đề tài là tài liệu tham khảo hữu ích cho những ai quan tâm tối ưu hoá máy phát điện đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu trong hệ thống tuabin gió.
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể sẽ góp phần hoàn thiện một phương pháp tối ưu mới, từ đó mở ra một tiềm năng ứng dụng thiết kế, chế tạo vào máy phát điện sử dụng nam châm vĩnh cửu trong thương mại, để giải quyết vấn đề cấp bách hiện nay là giảm trọng lượng của máy phát điện.
* Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần lựa chọn được máy phát điện đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu trong hệ thống tuabin gió trục ngang.
Ngoài phần mở đầu và kết luận, bản luận văn được chia thành 4 chương:
Chương 1: Gió và năng lượng gió
Chương 2: Mô hình và tối ưu hoá thiết kế động cơ nam châm vĩnh cửu
Chương 3: Các thuật toán giải bài toán tối ưu.
Chương 4: Ứng dụng thuật toán để lựa chọn máy phát điện đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu
Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau. Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vì thế là khác nhau về áp suất mà không khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió. Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi (so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa.
Bản đồ vận tốc gió theo mùa do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thẳng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu. Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí di chuyển vào một vùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ. Trên Nam bán cầu thì chiều hướng ngược lại.
Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên, gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa hình tại từng địa phương. Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất nóng lên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từ biển hay hồ vào đất liền. Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước và hiệu ứng này xảy ra theo chiều ngược lại.
Năng lượng gió – nguồn năng lượng sạch
Cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 này vấn đề về nguồn năng lượng cung cấp cần phải xem xét lại: hiện nay nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn dần, đồng thời vấn đề gây ô nhiễm môi trường do việc đốt nhiên liệu hóa thạch càng trở nên trầm trọng. Vấn đề năng lượng sạch đang được quan tâm nhiều và là một sự lựa chọn cho ngành năng lượng thay thế trong tương lai. Nguồn năng lượng sạch đang được quan tâm như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sóng biển, năng lượng thủy triều… Tất cả những loại năng lượng sạch này sẽ góp phần rất lớn vào việc cải tạo cuộc sống nhân loại và cải thiện môi trường. Các hệ thống năng lượng này được xem như là một sự lựa chọn thay thế cho các hệ thống cung cấp từ lưới điện quốc gia ở các vùng nông thôn biệt lập, nơi mà việc phát triển lưới điện không khả thi về mặt kinh tế, trong đó, năng lượng gió được xem như là nguồn năng lượng dễ khai thác với công nghệ đơn giản và chi phí đầu tư và vận hành tương đối thấp.
Theo tính toán của các nhà nghiên cứu, năng lượng từ mặt trời trên trái đất vào khoảng 173.000 tỉ KW còn năng lượng từ gió ước tính khoảng 3.500 tỉ KW. Trên toàn bộ bề mặt hành tinh của chúng ta, năng lượng có thể khai thác được từ gió lớn hơn năng lượng toàn bộ các dòng sông trên trái đất từ 10 đến 20 lần.
Năng lượng gió đã được khai thác và ứng dụng từ rất lâu dùng để chạy bơm nước, thuyền buồm. Các cối xay gió đã xuất hiện từ thế kỷ thứ 12. Từ đó đến nay việc nghiên cứu và phát triển công nghệ sử dụng năng lượng gió ngày càng phát triển với tốc độ ngày càng nhanh cả về số lượng lẫn chất lượng.
Theo thống kê, đến cuối năm 2003 tổng công suất lắp đặt tại các nhà máy phát điện bằng tua-bin gió trên thế giới là 39.294 MW, gấp hơn 4 lần tổng công suất lắp đặt của các nhà máy điện ở Việt Nam hiện nay. Giá trị này tăng 26% so với năm 2002. Như vậy việc sử dụng năng lượng gió đã được khoa học chứng minh và khẳng định bằng thực tế phát triển với tốc độ rất nhanh của các tua-bin gió được lắp đặt trên thế giới.
Sự phát triển theo thời gian đã làm cho giá thành điện năng phát ra từ tuabin gió giảm từ 6,15 UScent/kWh (năm 1995) xuống còn 4,6 UScent/kWh (năm 1999) và đến năm 2005 dự kiến sẽ chỉ còn 3,91 UScent/kWh. Giá thành lắp đặt tua-bin gió hiện tại trung bình vào khoảng 1000 USD/kW. Với giá thành điện năng sản xuất từ tua-bin gió ngày càng rẻ, kỹ thuật ngày càng tin cậy, một số nước đang phát triển cũng đã triển khai nhiều dự án về năng lượng gió, trong số đó nổi bật là các nước Ấn Độ, Trung Quốc,…
Ngày nay, trước tình hình các nguồn năng lượng truyền thống (dầu mỏ, khí thiên nhiên, than,…) trên thế giới ngày càng khan hiếm, việc khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng mới (ngoài năng lượng nguyên tử) như năng lượng mặt trời, năng lượng gió… đang là những đề tài và những chương trình lớn đối với các quốc gia. Việt Nam là vùng có tiềm năng năng lượng gió ở mức thấp, tuy nhiên ở một số vùng thuộc các hải đảo và ven biển miền Trung lại có tốc độ gió khá cao, phù hợp với việc tận dụng để phát điện.
Tốc độ gió cần thiết tại trục tua-bin (có cao độ khoảng 40 – 60m) phù hợp cho việc vận hành thương mại vào khoảng 6 – 7m/giây. Tốc độ gió trung bình của Việt Nam ở độ cao cách mặt đất 30m theo đánh giá là khoảng 4 – 5 m/giây ở các vùng bờ biển. Ở một vài hòn đảo độc lập con số này đạt trên 9m/s, phù hợp để phát triển việc tận dụng loại năng lượng này.
Từ những năm 80 trở lại đây nhiều nhà khoa học với các công trình, đề tài nghiên cứu khoa học đã tập trung nghiên cứu, khai thác nguồn năng lượng gió để phát điện. Tuy nhiên, các nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở các ứng dụng có công suất thấp (từ vài trăm đến 1.000W). Các nghiên cứu này nhằm cung cấp điện cho các hộ gia đình vùng sâu, vùng xa, hải đảo, nơi mà lưới điện Quốc gia chưa vươn tới. Định hướng này cũng đã được đề cập đến trong kế hoạch phát triển nguồn điện đến năm 2010 của Tổng Công ty Điện Lực Việt Nam (EVN).
Gần đây, một số dự án về nhà máy điện gió quy mô công nghiệp đã và đang được nghiên cứu triển khai như nhà máy điện gió có công suất 750 kW đã được lắp đặt tại huyện đảo Thanh niên Bạch Long Vĩ – Hải Phòng vào năm 2003, dự án nhà máy điện gió Cửa Tùng huyện Vĩnh Linh – Quảng Trị đã được nghiên cứu và lập dự án khả thi với công suất dự kiến lên đến 10-20- 50MW.
Có thể thấy rằng gió là một nguồn năng lượng sạch và kinh tế do thiên nhiên ban tặng. Tuổi thọ của một tua-bin phát điện có thể lên đến 20-30 năm; một số tua-bin gió phát điện được xây dựng cách đây hơn 50 năm vẫn còn hoạt động tốt. Việc khai thác tốt nguồn năng lượng này sẽ giúp đa dạng hóa các nguồn phát điện, giảm bớt gánh nặng cho lưới điện vốn dựa trên các nguồn năng lượng truyền thống. Vấn đề hiện nay là làm thế nào để quy hoạch và sử dụng nguồn năng lượng này một cách phù hợp.
Thiết bị sử dụng năng lượng gió
Lưới điện sử dụng năng lượng gió
Gần đây, các nhà khoa học Mỹ đã đề xuất giải pháp nối liền các nhà máy năng lượng gió tại những vùng khác nhau bằng mạng đường dây truyền tải, làm cho việc cung cấp điện năng đạt hiệu quả cao hơn.
Để khắc phục tình trạng thiếu năng lượng toàn cầu, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường, từ lâu con người đã tăng cường khai thác năng lượng gió.
Năng lượng gió có nhiều lợi thế để tạo ra nguồn điện năng rẻ. Nhưng vấn đề lớn nhất mà các nhà máy điện sử dụng năng lượng gió gặp phải là trong thực tế không phải lúc nào cũng có gió, vì vậy mà nguồn điện sẽ không ổn định.
Tuy nhiên, người ta khắc phục được nhược điểm trên bằng cách kết nối các nhà máy điện sử dụng năng lượng gió bằng hệ thống đường dây truyền tải.
Năng lượng gió ở nhiều nơi sẽ bổ trợ cho nhau, tạo ra nguồn điện năng được duy trì ổn định.
Theo nghiên cứu của hai nhà khoa học Mỹ là Cristina Archer và Mark Jacobson, cứ có 3 nhà máy năng lượng gió nối liền trở lên sẽ đảm bảo được việc cung cấp nguồn điện năng liên tục.
Một điều thuận lợi nữa của giả pháp trên là giúp giảm bớt thất thoát trong quá trình phân phối điện. Thay vì sử dụng nhiều hệ thống đường dây nối liền từng nhà máy với nơi tiêu thụ, điện sau khi nối mạng sẽ được tập trung tại một điểm và chuyển tới các thành phố bằng hệ thống đường dây duy nhất.
Hiện nay Mỹ và một vài nước khác đã bắt đầu kết nối các nhà máy điện sử dụng năng lượng gió. Những nhà máy này đang được kỳ vọng sẽ trở thành nơi sản xuất nguồn năng lượng rẻ nhất và sạch nhất, giúp giảm đáng kể nguồn điện năng phải sản xuất từ các nhà máy điện đốt than đá, từ đó giảm phát thải khí nhà kính vào bầu khí quyển Trái đất.
Ở những vùng xa hệ thống điện, người ta hoàn toàn có thể làm chủ một cối xay gió tại nhà, miễn là ngôi nhà không gần các tòa nhà cao tầng hay nhiều cây cối. Thực tế, thị trường tua-bin gió nhỏ đã tăng 14% năm 2007. Một số trong những tua-bin này dành cho các tàu thuyền, nhưng số khác cung cấp cho các chủ nhà, những người sống xa hệ thống điện.
Tóm lại, Trái Đất sẽ đủ gió để sản xuất điện năng đáp ứng nhu cầu của nhân loại. Đó là nghiên cứu được công bố trong Energy Economics. Còn theo Viện Năng lượng gió của Đức, thị trường năng lượng gió toàn cầu sẽ đạt tới con số 107.000 MW/năm vào 2017, tăng 5 lần so với lượng điện hơn 20.000 MW được sản xuất hàng năm hiện nay.
XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ
Chúng ta đang sống giữa rất nhiều nguồn năng lượng sạch và vô tận – như mặt trời, gió, đại dương, thực vật, nguyên tử, lõi Trái đất – nhưng câu hỏi về công nghệ và tính kinh tế khi khai thác chúng đã giới hạn trí tưởng tượng của chúng ta.
Gió ở trên cao:
Những turbin gió truyền thống đều ngừng khi gió lặng. Các bong bóng hay rotor làm quay turbine có thể chắn mất những làn gió mạnh, chắc chắn ở độ cao 1000 – 1500 foot (khoảng 300 – 450m).
Công ty Magenn Power có trụ sở ở Ottawa hy vọng sẽ tung ra thị trường loại turbine thương mại đầu tiên ở độ cao rất lớn – một quả khí cầu nhỏ bơm đầy khí heli có đường kính 60 foot ( khoảng 18m) vào năm 2010.
Theo tính toán, nguồn phong năng ở trên cao này có thể cung cấp năng lượng cho toàn địa cầu và có tiềm năng khai khác bằng hơn 100 lần hiện tại. Nhưng người ta vẫn còn chờ xem có thể vượt qua những rào cản công nghệ để khai thác nguồn năng lượng này một cách kinh tế hay không.
Gió không có chủ, nên chi phí sử dụng năng lượng gió sẽ rẻ hơn nhiều so với các công nghệ muốn hoạt động phải có nhiên liệu, như than đá hay khí tự nhiên.
Tuy nhiên, đầu tư ban đầu cho năng lượng gió lại cao. Nếu tính về giá trị trước mắt, việc trang bị số lượng lớn tua-bin gió phải chi phí tới vài triệu USD/megawatt, có thể so sánh với những nhà máy nhiệt điện mới. Hơn nữa, gió không thổi thường xuyên. Trong thực tế, những tua-bin gió thường chỉ sinh điện khoảng 30% thời gian, vì vậy nó mất nhiều thời gian hơn trong việc thu hồi vốn xây dựng cơ bản.
Theo ước tính mới nhất của Bộ Năng lượng Mỹ (DOE), cùng với sự khích lệ của chính phủ và các chi phí bảo dưỡng tua-bin gió vốn có tuổi thọ tới 20 năm, xem ra giá thành năng lượng gió hiện nay vô cùng rẻ – khoảng 4 cent/KWh. Thậm chí, ông Andrew Karsner, Thứ trưởng phụ trách Năng lượng tái tạo quốc gia Mỹ, cho rằng với nguồn “nguyên liệu vô tận” của thiên nhiên, tương lai gần, người ta có thể sản xuất điện từ gió với mức chi phí không quá nửa cent cho mỗi kWh.
Ưu điểm dễ thấy nhất của phong điện là không tiêu tốn nhiên liệu, không gây ô nhiễm môi trường như các nhà máy nhiệt điện, dễ chọn địa điểm và tiết kiệm đất xây dựng, khác hẳn với các nhà máy thủy điện chỉ có thể xây dựng gần dòng nước mạnh với những điều kiện đặc biệt và cần diện tích rất lớn cho hồ chứa nước. Các trạm phong điện có thể đặt gần nơi tiêu thụ điện, như vậy sẽ tránh được chi phí cho việc xây dựng đường dây tải điện.
Tốc độ tăng trưởng trung bình của sản lượng điện ở Việt Nam trong 20 năm trở lại đây đạt mức rất cao, khoảng 12-13%/năm – tức là gần gấp đôi tốc độ tăng trưởng GDP của nền kinh tế. Và theo dự báo của Tổng Công ty Điện lực Việt Nam, nếu tốc độ tăng trưởng GDP trung bình tiếp tục được duy trì ở mức 7,1%/năm thì nhu cầu điện sản xuất của Việt Nam vào năm 2020 sẽ là khoảng 200.000 GWh, vào năm 2030 là 327.000 GWh.
Trong khi đó, ngay cả khi huy động tối đa các nguồn điện truyền thống thì sản lượng điện nội địa của chúng ta cũng chỉ đạt mức tương ứng là 165.000 GWh (năm 2020) và 208.000 GWh (năm 2030). Điều này có nghĩa là nền kinh tế sẽ bị thiếu hụt điện một cách nghiêm trọng, và tỷ lệ thiếu hụt có thể lên tới 20-30% mỗi năm.
Nếu dự báo này của Tổng Công ty Điện lực trở thành hiện thực thì hoặc là chúng ta phải nhập khẩu điện với giá đắt gấp 2-3 lần so với giá sản xuất trong nước, hoặc là hoạt động sản xuất của nền kinh tế sẽ rơi vào đình trệ, còn đời sống của người dân sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
Nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam có một thuận lợi cơ bản để phát triển năng lượng gió. So sánh tốc độ gió trung bình trong vùng biển Đông Việt Nam và các vùng biển lân cận cho thấy gió tại biển Đông khá mạnh và thay đổi nhiều theo mùa.
Trong chương trình đánh giá về năng lượng cho Châu Á, Ngân hàng Thế giới đã có một khảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực Đông Nam Á, trong đó Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất với tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360 MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020.
Tất nhiên, để chuyển từ tiềm năng lý thuyết thành tiềm năng có thể khai thác, đến tiềm năng kỹ thuật, và cuối cùng, thành tiềm năng kinh tế là cả một câu chuyện dài, nhưng điều đó không ngăn cản việc chúng ta xem xét một cách thấu đáo tiềm năng to lớn về năng lượng gió ở Việt Nam.
Ở Việt Nam, các khu vực có thể phát triển năng lượng gió không trải đều trên toàn bộ lãnh thổ. Với ảnh hưởng của gió mùa thì chế độ gió cũng khác nhau. Nếu ở phía bắc đèo Hải Vân thì mùa gió mạnh chủ yếu trùng với mùa gió đông bắc, trong đó các khu vực giàu tiềm năng nhất là Quảng Ninh, Quảng Bình, và Quảng Trị.
Ở phần phía Nam đèo Hải Vân, mùa gió mạnh trùng với mùa gió Tây Nam, và các vùng tiềm năng nhất thuộc cao nguyên Tây Nguyên, các tỉnh ven biển đồng bằng sông Cửu Long, và đặc biệt là khu vực ven biển của hai tỉnh Bình Thuận và Ninh Thuận.
Theo nghiên cứu của NHTG, trên lãnh thổ Việt Nam, hai vùng giàu tiềm năng nhất để phát triển năng lượng gió là Sơn Hải (Ninh Thuận) và vùng đồi cát ở độ cao 60 – 100 m phía tây Hàm Tiến đến Mũi Né (Bình Thuận). Gió vùng này không những có vận tốc trung bình lớn, mà còn có một thuận lợi khác, đó là số lượng các cơn bão khu vực ít và gió có xu thế ổn định. Đây là những điều kiện rất thuận lợi để phát triển năng lượng gió.
Trong những tháng có gió mùa, tỷ lệ gió nam và đông nam lên đến 98% với vận tốc trung bình 6-7m/s, tức là vận tốc có thể xây dựng các trạm điện gió công suất 3 – 3,5 MW. Thực tế là người dân khu vực Ninh Thuận cũng đã tự chế tạo một số máy phát điện gió cỡ nhỏ nhằm mục đích thắp sáng. Ở cả hai khu vực này dân cư thưa thớt, thời tiết khô nóng, khắc nghiệt, và là những vùng dân tộc đặc biệt khó khăn của Việt Nam.
Mặc dù có nhiều thuận lợi như đã nêu trên, nhưng chúng ta cần phải lưu ý một số điểm đặc thù của năng lượng gió để có thể phát triển nó một cách có hiệu quả nhất.
Nhược điểm lớn nhất của năng lượng gió là sự phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và chế độ gió. Vì vậy khi thiết kế, cần nghiên cứu hết sức chi tiết về chế độ gió, địa hình cũng như loại gió không có các dòng rối (có ảnh hưởng không tốt đến máy phát).
Cũng vì những lý do có tính phụ thuộc vào điều kiện môi trường như trên, năng lượng gió tuy ngày càng phổ biến và quan trọng nhưng không thể là nguồn năng lượng chủ lực.
Tuy nhiên, khả năng kết hợp giữa điện gió và thủy điện tích năng lại mở ra cơ hội cho Việt Nam, một mặt đa dạng hóa được nguồn năng lượng trong đó kết hợp những nguồn năng truyền thống với những nguồn lượng tái tạo sạch với chi phí hợp lý, mặt khác khai thác được thế mạnh, đồng thời hạn chế của mỗi nguồn năng lượng và tận dụng các nguồn năng lượng này trong mối quan hệ bổ sung lẫn nhau.
Một điểm cần lưu ý nữa là khả năng các trạm điện gió sẽ gây ô nhiễm tiếng ồn trong khi vận hành, cũng như có thể phá vỡ cảnh quan tự nhiên và có thể ảnh hưởng đến tín hiệu của các sóng vô tuyến nếu các yếu tố về kỹ thuật không được quan tâm đúng mức. Do vậy, khi xây dựng các khu điện gió cần tính toán khoảng cách hợp lý đến các khu dân cư, khu du lịch để không gây những tác động tiêu cực.
Nếu nhìn ra thế giới thì việc phát triển điện gió đang là một xu thế lớn, thể hiện ở mức tăng trưởng cao nhất so với các nguồn năng lượng khác. Khác với điện hạt nhân vốn cần một quy trình kỹ thuật và giám sát hết sức nghiêm ngặt, việc xây lắp điện gió không đòi hỏi quy trình khắt khe đó. Với kinh nghiệm phát triển điện gió thành công của Ấn Độ, Trung Quốc và Philippin và với những lợi thế về mặt địa lý của Việt Nam, chúng ta hoàn toàn có thể phát triển năng lượng điện gió để đóng góp vào sự phát triển chung của nền kinh tế.
Ưu điểm dễ thấy nhất của phong điện là không tiêu tốn nhiên liệu, không gây ô nhiễm môi trường như các nhà máy nhiệt điện, dễ chọn địa điểm và tiết kiệm đất xây dựng, khác hẳn với các nhà máy thủy điện chỉ có thể xây dựng gần dòng nước mạnh với những điều kiện đặc biệt và cần diện tích rất lớn cho hồ chứa nước.
Các trạm phong điện có thể đặt gần nơi tiêu thụ điện, như vậy sẽ tránh được chi phí cho việc xây dựng đường dây tải điện.
Trước đây, khi công nghệ phong điện còn ít được ứng dụng, việc xây dựng một trạm phong điện rất tốn kém, chi phí cho thiết bị và xây lắp đều rất đắt nên chỉ được áp dụng trong một số trường hợp thật cần thiết. Ngày nay phong điện đã trở nên rất phổ biến, thiết bị được sản xuất hàng loạt, công nghệ lắp ráp đã hoàn thiện nên chi phí cho việc hoàn thành một trạm phong điện hiện nay chỉ bằng ¼ so với năm 1986.
Phong điện đã trở thành một trong những giải pháp năng lượng quan trọng ở nhiều nước, và cũng rất phù hợp với điều kiện Việt nam.
Các trạm phong điện có thể đặt ở đâu ?
Trạm phong điện có thể đặt ở những địa điểm và vị trí khác nhau, với những giải pháp rất linh hoạt và phong phú:
Các trạm phong điện đặt ở ven biển cho sản lượng cao hơn các trạm nội địa vì bờ biển thường có gió mạnh. Giải pháp này tiết kiệm đất xây dựng, đồng thời việc vận chuyển các cấu kiện lớn trên biển cũng thuận lợi hơn trên bộ. Giải bờ biển Việt Nam trên 3000 km có thể tạo ra công suất hàng tỷ kW phong điện.
Những mỏm núi, những đồi hoang không sử dụng được cho công nghiệp, nông nghiệp cũng có thể đặt được trạm phong điện. Trường hợp này không cần làm trụ đỡ cao, tiết kiệm đáng kể chi phí xây dựng.
Trên mái nhà cao tầng cũng có thể đặt trạm phong điện, dùng cho các nhu cầu trong nhà và cung cấp điện cho thành phố khi không dùng hết điện. Trạm điện này càng có ý nghĩa thiết thực khi thành phố bất ngờ bị mất điện.
Ngay tại các khu chế xuất cũng có thể đặt các trạm phong điện. Nếu tận dụng không gian phía trên các nhà xưởng để đặt các trạm phong điện thì sẽ giảm tới mức thấp nhất diện tích đất xây dựng và chi phí làm đường dây điện.
Điện khí hóa ngành đường sắt là xu hướng tất yếu của các nước công nghiệp. Chỉ cần đặt với khoảng cách 10 km một trạm 4800kW dọc các tuyến đường sắt đã có đủ điện năng cho tất cả các đoàn tàu ở Việt nam hiện nay. Các vùng phong điện lớn đặt gần tuyến đường sắt cũng rất thuận tiện trong việc vận chuyển và dựng lắp.
Các đầu máy diesel và than đá tiêu thụ lượng nhiên liệu rất lớn và gây ô nhiễm môi trường sẽ được thay thế bằng đầu máy điện trong tương lai.
Đặt một trạm phong điện bên cạnh các trạm bơm thủy lợi ở xa lưới điện quốc gia sẽ tránh được việc xây dựng đường dây tải điện với chi phí lớn gấp nhiều lần chi phí xây dựng một trạm phong điện.
Việc bảo quản một trạm phong điện cũng đơn giản hơn việc bảo vệ đường dây tải điện rất nhiều.
Nhà máy nước ngọt đặt cạnh những trạm phong điện là mô hình tối ưu để giải quyết việc cung cấp nước ngọt cho vùng đồng bằng sông Cửu Long, tiết kiệm nhiên liệu và đường dây điện.
Một trạm phong điện 4 kW có thể đủ điện cho một trạm kiểm lâm trong rừng sâu hoặc một ngọn hải đăng xa đất liền. Một trạm 10 kW đủ cho một đồn biên phòng trên núi cao, hoặc một đơn vị hải quân nơi đảo xa.
Một trạm 40 kW có thể đủ cho một xã vùng cao, một đoàn thăm dò địa chất hay một khách sạn du lịch biệt lập, nơi đường dây chưa thể vươn tới được. Một nông trường cà phê hay cao su trên cao nguyên có thể xây dựng trạm phong điện hàng trăm hoặc hàng ngàn kW, vừa phục vụ đời sống công nhân, vừa cung cấp nước tưới và dùng cho xưởng chế biến sản phẩm….
Không phải nơi nào đặt trạm phong điện cũng có hiệu quả như nhau. Để có sản lượng điện cao cần tìm đến những nơi có nhiều gió. Các vùng đất nhô ra biển và các thung lũng sông thường là những nơi có lượng gió lớn.
Một vách núi cao có thể là vật cản gió nhưng cũng có thể lại tạo ra một nguồn gió mạnh thường xuyên, rất có lợi cho việc khai thác phong điện. Khi chọn địa điểm đặt trạm có thể dựa vào các số liệu thống kê của cơ quan khí tượng hoặc kinh nghiệm của nhân đân địa phương, nhưng chỉ là căn cứ sơ bộ.
Lượng gió mỗi nơi còn thay đổi theo từng địa hình cụ thể và từng thời gian. Tại nơi dự định dựng trạm phong điện cần đặt các thiết bị đo gió và ghi lại tổng lượng gió hàng năm, từ đó tính ra sản lượng điện có thể khai thác, tuơng ứng với từng thiết bị phong điện. Việc này càng quan trọng hơn khi xây dựng các trạm công suất lớn hoặc các vùng phong điện tập trung.
Gió là dạng năng lượng vô hình và mang tính ngẫu nhiên rất cao nên khi đầu tư vào lĩnh vực này cần có các số liệu thống kê đủ tin cậy. Rào cản chủ yếu đối với việc phát triển phong điện ở Việt nam chính là sự thiếu thông tin về năng lượng gió.
Tới nay đã có một số công ty nước ngoài đến Việt nam tìm cách khai thác phong điện, nhưng vì chưa đủ những số liệu cần thiết nên cũng chưa có sự đầu tư nào đáng kể vào thị trường này. Một hãng Đức đã xây dựng tại Ấn độ hàng ngàn trạm phong điện, có cơ sở thường trực giám sát hoạt động các trạm qua hệ thống vệ tinh viễn thông, xử lý kỹ thuật ngay khi cần thiết, và hoàn toàn hài lòng về kết quả đã thu được ở Ấn độ. Hãng này cũng đã đến Việt Nam tìm thị trường nhưng chưa quyết định đầu tư, vì chưa có đủ cứ liệu để xây dựng trên quy mô lớn, còn với quy mô nhỏ thì lợi tức không đủ bù lại chi phí cho một cơ sở kỹ thuật thường trực. Một công ty khác chuẩn bị xây dựng 12 trạm phong điện với công suất 3000 kW trên huyện đảo Lý Sơn đã khẳng định công nghệ phong điện rất phù hợp với Việt Nam!
Sau khi gia nhập WTO, nền kinh tế Việt Nam đứng trước những thử thách lớn. Để vượt qua được những thử thách đó cần có một nền công nghiệp điện năng phát triển. Xây dựng phong điện là một giải pháp hiện thực, có hiệu quả cao, có thể nhanh chóng đáp ứng nhu cầu điện năng của cả nước.
Phong điện còn có thể phát huy tác dụng to lớn trong sự nghiệp tăng cường an ninh quốc phòng, nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho đồng bào các vùng sâu, vùng xa, công cuộc xóa đói giảm nghèo, và tạo thêm việc làm cho hàng triệu người lao động ở mọi nơi, trong mọi lĩnh vực hoạt động của đất nước.
Nghiên cứu phương pháp tự thích nghi thuật toán tiến hoá ứng dụng lựa chọn tuabin gió trục ngang Nghiên cứu phương pháp tự thích nghi thuật toán tiến hoá ứng dụng lựa chọn tuabin gió trục ngang
F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN 2015\KY THUAT DIEN\NGUYEN HONG VIET
