Ứng dụng matlab simulink mô phỏng converter điều khiển máy phát điện không đồng bộ nguồn kép dfig.doc

DỊCH VỤ VIẾT THUÊ ĐỀ TÀI TRỌN GÓI ZALO / TEL: 0909.232.620
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
ỨNG DỤNG MATLAB
SIMULINK MÔ PHỎNG
CONVERTER ĐIỀU KHIỂN
MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG
ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP DFIG
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN
Ths. Hoàng Đăng Khoa Tô Minh Nguyện
MSSV: 1111021
Ngành: Kỹ Thuật Điện – Khóa: 37

Tháng 5/2015

Tóm tắt đề tài
TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Đặt vấn đề cho đề tài
Khi mức sống của ngƣời dân càng cao, nền kinh tế ngày càng hiện đại thì
nhu cầu về năng lƣợng cũng ngày càng lớn và việc phát triển điện năng thực sự là
một thách thức đối với nhiều quốc gia. Nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về
năng lƣợng đồng thời bảo vệ môi trƣờng, phát triển bền vững, những nguồn năng
lƣợng sạch đã và đang đƣợc thế giới quan tâm nhiều hơn. Những nguồn năng
lƣợng vô tận từ thiên nhiên bao gồm năng lƣợng gió, năng lƣợng mặt trời, năng
lƣợng địa nhiệt, năng lƣợng sóng biển, năng lƣợng thủy triều…Tất cả những loại
năng lƣợng sạch này góp phần rất lớn vào việc thay đổi cuộc sống nhân loại, cải
thiện thiên nhiên, môi trƣờng....Trong đó phát triển năng lƣợng gió đƣợc ƣu tiên
hàng đầu. Ƣu điểm của năng lƣợng gió là dễ khai thác, thời gian xây dựng ngắn và
chi phí vận hành tƣơng đối thấp.
Tuy nhiên, nếu muốn đẩy mạnh việc khai thác nguồn năng lƣợng này
trong tƣơng lai thì công nghệ phải đƣợc cải tiến, chi phí xây dựng phải thấp và giá
mua điện phải cao hơn mức giá hiện tại.
Giới thiệu đề tài
Năng lƣợng gió biến đổi thành điện năng thông qua turbine gió và máy
phát. Nhƣng trong thực tế, vận tốc gió luôn biến đổi nên hệ thống biến đổi năng
lƣợng gió tốc độ thay đổi đƣợc sử dụng rộng rãi. Bộ converter điều khiển tối ƣu
công suất nhận đƣợc từ gió, giảm lực tác động lên kết cấu cơ khí và có khả năng
điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng một cách độc lập.
Hệ thống biến đổi năng lƣợng gió làm việc ở tốc độ thay đổi thì sử dụng
máy điện không đồng bộ nguồn kép DFIG là phù hợp nhất trong thời điểm hiện tại.
Bộ converter là thiết bị điện tử công suất chỉ biến đổi khoảng 1/3 tổng công suất
máy phát, nghĩa là giảm đƣợc tổn hao trong linh kiện điện tử công suất so với cấu
hình phải biến đổi toàn bộ công suất phát nhƣ hệ thống biến đổi năng lƣợng gió sử
dụng máy phát đồng bộ từ đó giảm đƣợc chi phí đầu tƣ.
SVTH: Tô Minh Nguyện i

Tóm tắt đề tài
Hệ thống DFIG kết nối trực tiếp với lƣới điện phải có khả năng điều khiển
độc lập giữa công suất tác dụng và công suất phản kháng để duy trì hệ số công suất
cũng nhƣ ổn định điện áp lƣới trong giới hạn cho phép, góp phần nâng cao chất
lƣợng điện năng và độ tin cậy của hệ thống điện. Bộ converter là bộ phận thực hiện
vai trò này. Do đó, đề tài: “Ứng dụng Matlab Simulink mô phỏng bộ converter điều
khiển máy phát phát điện gió DFIG ” nhằm tìm hiểu và xây dựng mô hình điều
khiển của bộ converter.
Điểm nhấn của luận văn
- Xây dựng mô hình toán học bộ converter điều khiển máy phát điện gió
không đồng bộ nguồn kép DFIG.
- Tìm hiểu hệ thống máy phát DFIG và bộ chuyển đổi công suất Converter.
- Dùng phần mềm Matlab Simulink để mô phỏng bộ converter điều khiển
máy phát điện không đồng bộ nguồn kép DFIG.
Kết cấu của đề tài
Nội dung chính của đề tài gồm 6 chƣơng:
CHƢƠNG 1: Tổng quan về năng lƣợng điện gió
CHƢƠNG 2: Hệ thống chuyển đổi năng lƣợng gió
CHƢƠNG 3: Mô hình toán học máy phát điện không đồng bộ nguồn kép DFIG
CHƢƠNG 4: Xây dựng mô hình điều khiển converter
CHƢƠNG 5: Mô hình điều khiển converter trong matlab simulink
CHƢƠNG 6: Kết luận và kiến nghị
SVTH: Tô Minh Nguyện ii

Mục lục
MỤC LỤC
CHƢƠNG: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG ĐIỆN GIÓ ...................................1
1.1. Lịch sử phát triển năng lƣợng gió.................................................................................1
1.1.1. Quá trình hình thành năng lƣợng gió..................................................................1
1.1.2. Quá trình sử dụng năng lƣợng gió........................................................................2
1.2. Những thuận lợi và hạn chế khi sử dụng gió để sản xuất điện.....................8
1.3. Tình hình phát triển điện gió trên thế.......................................................................10
1.3.1. Tình hình chung................................................................................................................10
1.3.2. Công nghệ điện gió .....................................................................................................14
1.3.3. Các cƣờng quốc điện gió của thế giới.............................................................16
1.3.3.1. Công suất điện gió tính theo mật độ dân số.........................................16
1.3.3.2. Công suất điện gió tính theo công suất lắp đặt...................................17
1.3.3.3. Triển vọng tƣơng lai của điện gió.............................................................20
1.4. Tình hình phát triển điện gió ở Việt Nam..............................................................21
1.4.1. Tiềm năng lƣợng điện gió ......................................................................................21
1.4.2. Các dự án điện gió ở Việt Nam............................................................................24
1.4.3. Thuận lợi và khó khăn về phát triển điện gió ..............................................26
CHƢƠNG II: HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƢỢNG GIÓ....................28
2.1. Năng lƣợng gió .....................................................................................................................28
2.2. Cấu tạo hệ thống năng gió...............................................................................................30
2.2.1. Tháp đỡ ..............................................................................................................................30
2.2.2. Cánh quạt tuabin...........................................................................................................31
2.2.3. Bộ phận điều khiển hƣớng gió (hệ thống yaw)..........................................32
SVTH: Tô Minh Nguyện iii

Mục lục
2.2.4. Hộp số.................................................................................................................................32
2.2.5. Máy phát điện trong tuabin gió............................................................................33
2.2.6. Bộ phận đo tốc độ gió................................................................................................34
2.3. Thành phần máy phát điện gió .....................................................................................35
2.3.1. Phân loại cánh quạt turbine gió............................................................................35
2.3.1.1. Cánh quạt turbine gió bố trí theo trục đứng.........................................35
2.3.1.2. Cánh quạt turbine gió bố trí theo trục ngang.......................................36
2.3.1.3. So sánh cánh quạt turbine bố trí theo trục đứng và cánh quạt
turbine bố trí theo trục ngang..........................................................................................37
2.3.2. Các loại máy phát điện trong hệ thống năng lƣợng gió........................37
2.3.3. Các loại hệ thống turbine gió ................................................................................38
2.3.3.1. Hệ thống turbine gió làm việc với tốc độ cố định............................38
2.3.3.2. Hệ thống turbine gió hoạt động với tốc độ thay đổi........................39
2.3.4. Hệ thống turbine gió tốc độ thay đổi với máy phát nguồn kép.........41
2.4.1. Rotor....................................................................................................................................45
2.4.2. Trụ tháp..............................................................................................................................46
2.4.3. Hộp số.................................................................................................................................47
2.4.4. Máy phát............................................................................................................................48
2.4.5. Hệ thống góc pitch.......................................................................................................48
2.4.6. Hệ thống yaw..................................................................................................................49
CHƢƠNG III: MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN
NGUỒN KÉP DFIG.........................................................................................................................50
3.1. Tổng quan về turbine gió máy phát điện nguồn kép DFIG.........................50
3.2. Mô hình turbine gió với máy phát điện nguồn kép DFIG............................52
3.2.1. Mô hình turbine gió ....................................................................................................52
3.2.2. Phƣơng trình chuyển đổi hệ qui chiếu.............................................................55
SVTH: Tô Minh Nguyện iv

Mục lục
3.2.2.1. Phƣơng trình chuyển đổi từ hệ abc sang hệ αβ .................................55
3.2.2.2. Phƣơng trình chuyển đổi từ hệ abc sang hệ dq..................................56
3.2.3. Mô hình toán học của DFIG..................................................................................57
3.2.3.1. Mô hình toán học của DFIG trong hệ trục toạ độ tĩnh αβ............58
3.2.3.2. Mô hình toán học của DFIG trong hệ trục toạ độ đồng bộ dq .. 60
CHƢƠNG IV: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CONVERTER.........63
4.1. Hệ thống máy phát điện không đồng bộ nguồn kép DFIG..........................63
4.1.1. Đặt vấn đề.........................................................................................................................63
4.1.2. Cấu tạo của máy phát DFIG...................................................................................64
4.1.3. Nguyên lý hoạt động của máy phát điện DFIG..........................................65
4.2. Xây dựng mô hình converter điều khiển máy phát điện không đồng bộ
nguồn kép (DFIG)..........................................................................................................................67
4.2.1. Điều khiển converter phía lƣới (GSC)............................................................67
4.2.2. Điều khiển converter phía rotor (RSC) ...........................................................69
CHƢƠNG V: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN CONVERTER
TRONG MATLAB SIMULINK...............................................................................................71
5.1. Mô hình converter điều khiển máy phát điện DFIG 1.5 MW....................72
5.1.1. Khối tính Ps và Qs.......................................................................................................76
5.1.1.1. Khối “abc2dq”.......................................................................................................76
5.1.2. Mô hình điều khiển converter phía rotor........................................................78
5.1.2.1. Khối “Tính ims”...................................................................................................79
5.1.2.2. Khối “Tính voltage”...........................................................................................80
5.1.2.3. Mô hình khối PWM............................................................................................80
5.1.2.4. Bộ điều chỉnh PID Setpiont weighting và Anti-Windup..............82
5.1.3. Mô hình điền khiển convertor phía lƣới ........................................................82
5.1.3.1. Khối “calculate Pr”.............................................................................................83
SVTH: Tô Minh Nguyện v

Mục lục
5.1.3.2. Khối DC link điều khiển điện áp DC.......................................................85
5.1.3.3. Khối tính góc deta...............................................................................................85
5.1.3.4. Khối abc sang dq..................................................................................................86
5.1.3.5. Khối Vdq sang idq ..............................................................................................87
5.1.3.6. Khối tính id và iq.................................................................................................87
5.1.3.7. Khối “Calculate P&Q”.....................................................................................88
5.1.4. Mô hình bộ nghịch lƣu cấp nguồn cho rotor máy phát.........................88
5.2. Kết quả mô phỏng và nhận xét.....................................................................................89
5.2.1. Kết quả mô phỏng........................................................................................................89
5.2.1.1. Kết quả mô phỏng với tốc độ gió cố định.............................................89
5.2.1.2. Kết quả mô phỏng với tốc độ gió thay đổi............................................93
5.2.2. Nhận xét.............................................................................................................................96
CHƢƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................98
6.1. Kết luận......................................................................................................................................98
6.2. Kiến nghị...................................................................................................................................98
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................................... 100
SVTH: Tô Minh Nguyện vi

Mục lục hình
MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1: Tốc độ gió nguồn từ vệ tinh NASA's Quick Scatterometer (QuikSCAT) .. 1
Hình 1.2: Những cối xay gió đầu tiên đƣợc dựng lên ở Ba Tƣ vào khoảng thế kỉ thứ
V 2
Hình 1.3: Mô hình cối xay gió xuất hiện sau TK 13 ................................................................ 3
Hình 1.4 : Chiếc máy bơm nƣớc chạy bằng sức gió phía Tây nƣớc Mỹ những năm
1800………………………………………………………………………4
Hình 1.5: Máy phát điện sức gió do Charles F.Brush chế tạo.............................................. 5
Hình 1.6: Máy phát Gedser công suất 200kW............................................................................. 6
Hình 1.7: Một số loại turbine gió đƣợc sử dụng phổ biến điện nay............................... 11
Hình 1.8: Tình hình phát triển năng lƣợng điện gió toàn cầu theo số liệu thống kê
của hội đồng năng lƣợng gió toàn cầu (GWEC) năm 2014[3] ................... 13
Hình 1.9: Công suất điện gió lắp đặt hàng năm từ 1997-2014 (theo GWEC)[4]...... 14
Hình 1.10: Cột turbine điện gió lớn nhất thế giới hiện nay Vestas V164-8.0 MW
Đan Mạch.......................................................................................................................... 15
Hình 1.11: Đồ thị 1 mô tả thứ tự các nƣớc phát triển điện gió với số liệu ở thời điểm
2012 (theo QWEC)[4] ................................................................................................. 16
Hình 1.12: Đồ thị 2 mô tả thứ tự 15 nƣớc phát triển điện gió nhất với số liệu ở thời
điểm năm 2012 (theo GWEC)[4]............................................................................ 17
Hinh 1.13: Công suất điện gió lắp đặt tại các quốc gia dẫn đầu từ năm 1980-2013
(theo GEWC)[4]............................................................................................................. 18
Hình 1.14: Công suất năng lƣợng điện gió toàn cầu từ năm 1997-2014 (theo
GWEC)[4]......................................................................................................................... 19
Hình 1.15: Mƣời nƣớc có năng lƣợng điện gió lắp đặt lớn nhất năm 2013 (theo
GWEC)[4]......................................................................................................................... 19
Hình 1.16: Các turbine điện gió đƣợc lắp đặt tại Việt Nam .............................................. 22
Hình 1.17: Bản đồ phân bố tốc độ gióViệt Nam ở độ cao 80 mét (2010).................... 23
Hình 2.1: Tháp đỡ hình trụ................................................................................................................ 30
Hình 2.2. Cánh quạt turbine. ............................................................................................................ 31
Hình 2.2: Cánh của turbine gió ....................................................................................................... 31
Hình 2.3: Bộ phận điều khiển hƣớng gió................................................................................... 32
SVTH: Tô Minh Nguyện vii

Mục lục hình
Hình 2.4: Hộp số và máy phát điện............................................................................................... 33
Hình 2.5: Bộ phận đo tốc độ gió..................................................................................................... 34
Hình 2.7: Cánh quạt turbine gió bố trí theo trục ngang........................................................ 36
Hình 2.6: Cánh quạt turbine gió bố trí theo trục đứng.......................................................... 35
Hình 2.8: Máy phát DFIG.................................................................................................................. 38
Hình 2.9: Hệ thống turbine gió hoạt động với tốc độ cố định........................................... 39
Hình 2.10: Hệ thống turbine gió làm việc với tốc độ thay đổi với máy phát
đồng bộ 40
Hình 2.11: Hệ thống turbine gió làm việc với tốc độ thay đổi với máy phát không
đồng bộ nguồn kép 41
Hình 2.12: Cấu trúc của hệ thống làm việc với tốc độ thay đổi sử dụng DFIG......... 41
Hình 2.13: Tuabin điện gió GE 1.6 của Mỹ .............................................................................. 43
Hình 2.14: Cấu tạo của turbine GE ............................................................................................... 44
Hình 2.16: Trụ tuabin GE 1.6 MW................................................................................................ 46
Hình 2.17: Móng turbine xây dựng trên biển ở Bạc Liêu.................................................... 47
Hình 2.18: Hộp số turbine gió ......................................................................................................... 47
Hình 2.19: Hệ thống điều khiển góc pitch.................................................................................. 48
Hình 2.20: Hệ thống yaw................................................................................................................... 49
Hình 3.1: Tuabin gió với máy phát điện nguồn kép DFIG................................................. 50
Hình 3.3: Mối quan hệ giữa công suất và tốc độ cánh quạt ở nhiều cấp tốc độ gió
khác nhau 52
Hình 3.4: Quan hệ Cp và λ................................................................................................................ 53
Hình 3.5: Mô hình turbine gió[8],[9]............................................................................................ 54
Hình 3.6: Mối liên hệ giữa trục toạ độ abc và αβ[2].............................................................. 55
Hình 3.7: Mối liên hệ giữa trục abc và dq[2]............................................................................ 56
Hình 3.8: Sơ đồ tƣơng đƣơng RL của stator và rotor .......................................................... 57
Hình 3.9: Mạch tƣơng đƣơng máyđiện DFIG trong hệ trục........................................ 59
Hình 4.10. Mạch tƣơng đƣơng máyđiện DFIG trong hệ toạ độ đồng bộ dq............. 60
Hình 4.1: Nguyên lý hoạt động của máy phát điện………………………………...65
Hình 4.2: Mô hình bộ converter cầu 3 pha phía lƣới............................................................ 68
Hình 5.1: Mô hình tổng thể điều khiển converter của máy phát điện
DFIG (1.5MW) 72
Hình 5.2: Sơ đồ tổng quát của khối CONVERTER............................................................... 74
Hình 5.3: Sơ đồ chi tiết của khối CONVERTER.................................................................... 75
SVTH: Tô Minh Nguyện viii

Mục lục hình
Hình 5.4: Sơ đồ khối tính Ps&Qs................................................................................................... 76
Hình 5.5: Sơ đồ khối abc2dq............................................................................................................ 76
Hình 5.6: Sơ đồ khối tính vdq.......................................................................................................... 77
Hình 5.7: Sơ đồ khối tính idq........................................................................................................... 77
Hình 5.8: Sơ đồ khối tính P&Q....................................................................................................... 78
Hình 5.9: Mô hình điều khiển converter phía rotor................................................................ 78
Hình 5.10: Khối “Tính ims” tính toán vị trí rotor và dòng từ hóa................................... 79
Hình 5.11: Mô hình abc →anphabeta .......................................................................................... 79
Hình 5.12. Khối “tính voltage” tính điện áp điều chỉnh rotor ........................................... 80
Hình 5.13: Mô hình khối PWM...................................................................................................... 80
Hình 5.14: Khối vdq-vabc................................................................................................................. 81
Hình 5.15: Khối PWM chi tiết ........................................................................................................ 81
Hình 5.16: Bộ điều chỉnh PID Setpiont weighting và Anti-Windup.............................. 82
Hình 5.17: Mô hình điền khiển convertor phía rotor............................................................. 82
Hình 5.19: Khối chuyển tọa độ abc sang tọa độ dq................................................................ 83
Hình 5.20: Khối tính vdq................................................................................................................... 84
Hình 6.21. Khối tính idq.................................................................................................................... 84
Hình 5.21: Khối tính idq .................................................................................................................... 84
Hình 5.22: Khối tính Pr&Qr............................................................................................................. 85
Hình 5.23: Khối DC-link điều khiển điện áp DC.................................................................... 85
Hình 5.24: Tính góc deta.................................................................................................................... 85
Hình 5.25: Khối abc2anphabe ......................................................................................................... 86
Hình 5.26: Khối chuyển tọa độ abc sang dq.............................................................................. 86
Hình 5.27: Khối Vdq-idq................................................................................................................... 87
Hình 5.28: Khối tính id và iq ........................................................................................................... 87
Hình 5.29: Khối Calculate PQ......................................................................................................... 88
Hình 5.30: Mô hình bộ nghịch lƣu cấp nguồn cho rotor máy phát................................. 88
Hình 5.31: Kết quả điều khiển converter của động cơ DFIG 1.5MW với tốc độ gió
cố định 92
Hình 5.32: Kết quả điều khiển converter của động cơ DFIG 1.5MW với tốc độ gió
thay đổi. 96
SVTH: Tô Minh Nguyện ix

Mục lục bảng
MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1.1: Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 80m so với mặt đất năm 2010…23
Bảng 2.1: Các cấp độ gió tại vị trí cách mặt đất 10m và 30m[1]..................................... 30
SVTH: Tô Minh Nguyện x

Danh sách ký hiệu
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU
A
At: Diện tích mặt cắt của tuabin gió [m2
]
B
B: Hệ số rung [N.m/s]
C
Cp: Hiệu suất rotor hay hiệu suất của cánh quạt tuabin
CDC: Điện dung trung gian của converter [F]
G
γ: Tỉ số của tốc độ gió
I
is: Dòng điện stator [A]
ir: Dòng điện rotor [A]
ims: Dòng điện từ hóa [A]
id: Dòng điện trục d trong hệ qui chiếu dq [A]
iq: Dòng điện trục q trong hệ qui chiếu dq [A]
J
JG: Moment quán tính máy phát [kg.m2
]
JT: Moment quán tính tuabin [kg.m2
]
K
Ks: Độ cứng thanh truyền [N.m/rad]
L
Ls: Điện cảm stator [H]
Lr: Điện cảm rotor [H]
Lm: Điện cảm từ hóa [H]
SVTH: Tô Minh Nguyện xi

λ: Tỉ số tốc độ
Lsλ: Điện cảm rò dây quấn stator [H]
Lrλ: Điện cảm rò dây quấn rotor [H]
Lf: Điện cảm cuộn kháng lọc converter phía lƣới [H]
M
mf: Tỉ số điều chế tần số
ma: Tỉ số điều chế biên độ
N
Nr: Số vòng dây quấn rotor
Ns: Số vòng dây quấn stator
ngear: Tỉ số hộp số
O
ωturb: Vận tốc của tuabin [rad/s]
ωr: Vận tốc góc của rotor [rad/s]
ωs: Vận tốc góc của stator [rad/s]
ωm: Vận tốc góc cơ trục rotor máy phát [rad/s]
ωslip: Tốc độ trƣợt máy phát [rad/s]
P
Ptotal: Tổng công suất máy phát DFIG [W]
Ps: Công suất stator máy phát [W]
Pr: Công suất rotor máy phát [W]
Pgird: Công suất converter phía lƣới [W]
Pm: Công suất điện từ [W]
Pturb: Công suất tuabin [W]
p: Số cặp cực
SVTH: Tô Minh Nguyện xii

P: là năng lƣợng hấp thu [W]
ψds: Từ thông trục d stator [Wb]
ψqs: Từ thông trục q stator [Wb]
ψdr: Từ thông trục d rotor [Wb]
ψqr: Từ thông trục q rotor [Wb]
Q
Qs: Công suất phản kháng cực stator [VAr]
Qr: Công suất phản kháng cực rotor [VAr]
Qg: Công suất phản kháng converter phía lƣới [VAr]
R
Rf: Điện trở cuộn kháng lọc converter phía lƣới [Ω]
ρ: Mật độ không khí [kg/m3
]
R: Bán kính cánh quạt [m]
Rs: Điện trở stator [Ω]
S
s: Độ trƣợt của máy phát
T
Tturb: Moment trục tuabin [Nm]
Tshaft: Moment trục thanh truyền [N.m]
Te: Moment điện từ [N.m]
V
Vd: Tốc độ gió sau cánh quạt [m/s]
V: Tốc độ gió đi vào cánh quạt [m/s]
Vw: Vận tốc gió đi qua cánh quạt [m/s]
va: Điện áp pha a [V]
vb: Điện áp pha b [V]
vc: Điện áp pha c [V]
SVTH: Tô Minh Nguyện xiii

vd: Điện áp trục d trong hệ qui chiếu dq [V]
vq: Điện áp trục q trong hệ qui chiếu dq [V]
vα: Điện áp trục α trong hệ qui chiếu αβ[V]
vβ: Điện áp trục trong β hệ qui chiếu αβ[V]
U
UDC: Điện áp một chiều trung gian của converter
[V] * Các ký hiệu chỉ số:
- Chỉ số trên:
s : Qui về phía stator
r : Qui về phía rotor
ref hoặc * : Giá trị đặt
- Chỉ số dƣới:
s: Các đại lƣợng của stator
r: Các đại lƣợng của rotor
T: Các đại lƣợng của tuabin
d, q: Các đại lƣợng qui chiếu trục d hoặc q trong hệ qui chiếu dq
αβ: Các đại lƣợng qui chiếu trục α hoặc βtrong hệ qui chiếu αβ
a, b, c: Các đại lƣợng pha a, pha b, pha c tƣơng ứng
SVTH: Tô Minh Nguyện xiv

DANH SÁCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
AC: Active Current
DC: Direction Current
DFIG: Doubly - Fed Induction Generator
DFIM: Doubly - Fed Induction Machine
GSC: Gird Side Converter
IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor
PI: Proportional Integrator
PID: Proportional Integrator Derivation
PWM: Pulse-Width Modulation
RSC: Rotor Side Converter
V/f: Voltage/frequency
VSC: Voltage-Source Converters
SVTH: Tô Minh Nguyện xv

Chương I: Tổng quan về năng lượng điện gió
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG ĐIỆN GIÓ
1.1. Lịch sử phát triển năng lƣợng gió
1.1.1. Quá trình hình thành năng lƣợng gió
Bức xạ mặt trời chiếu xuống bề mặt đất không đồng đều làm cho bầu khí
quyển, nƣớc và không khí nóng không đều nhau. Một nửa bề mặt của trái đất, mặt
ban đêm, bị che khuất không nhận đƣợc 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 hai cực
cũng nhƣ không khí giữa mặt ban ngày và 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 khi theo mùa.
Hình 1.1: Tốc độ gió nguồn từ vệ tinh NASA's Quick Scatterometer (QuikSCAT)
Do bị ảnh hƣởng bởi hiệu ứng Coriolis đƣợc tạo thành từ sự quay quanh
trục của trái đất nên không khí 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
SVTH: Tô Minh Nguyện 1

cầu và nam bán cầu. Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên bắc bán cầu không khí di chuyển
vào một vùng áp thấp ngƣợc với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng áp cao
theo chiều kim đồng hồ, trên nam bán cầu thì chiều hƣớng ngƣợc lại.
Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên, gió cũng bị ảnh hƣởng bởi địa hình
tại từng địa phƣơng. Do nƣớc và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất
nóng lên nhanh hơn nƣớc, 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 nƣớc và hiệu ứng xảy
ra theo chiều ngƣợc lại.
1.1.2. Quá trình sử dụng năng lƣợng gió
Vào cuối những năm 1970, cuộc khủng hoảng về dầu mỏ đã buộc con
người phải tìm các nguồn năng lƣợng mới thay thế, một trong số đó là năng lƣợng
gió. Những năm về sau, rất nhiều các chƣơng trình nghiên cứu và phát triển năng
lƣợng gió đƣợc thực hiện với nguồn tài trợ từ các Chính phủ, bên cạnh các dự án
nghiên cứu do các cá nhân, tổ chức tự đứng ra thực hiện.
Hình 1.2: Những cối xay gió đầu tiên được dựng lên ở
Ba Tư vào khoảng thế kỉ thứ V
Lịch sử phát triển của thế giới loài ngƣời đã chứng kiến những ứng dụng
của năng lƣợng gió vào cuộc sống từ rất sớm. Gió giúp quay các cối xay bột, gió
giúp các thiết bị bơm nƣớc hoạt động và gió thổi vào cánh buồm giúp đƣa các con
thuyền đi xa.

Theo những tài liệu cổ còn giữ lại đƣợc thì bản thiết kế đầu tiên của chiếc
cối xay hoạt động nhờ vào sức gió là vào khoảng thời gian những năm 500 - 900
sau CN tại Ba Tƣ (Irac ngày nay). Đặc điểm nổi bật của thiết bị này đó là các cánh
đón gió đƣợc bố trí xung quanh một trục đứng đƣợc làm từ những bó lau sậy hay
những tấm gỗ. Những bản hứng gió này đƣợc gắn vào cần trung tâm sử dụng thanh
chống ngang. Kích thƣớc của bản hứng gió đƣợc quyết định bởi các vật liệu sử
dụng thƣờng thì là dài 5m và cao 9m.
Muộn hơn nữa, kể từ sau thế kỷ 13, các cối xay gió xuất hiện tại châu Âu
(Tây Âu) với cấu trúc có các cánh đón gió quay theo phƣơng ngang, chúng phức
tạp hơn mô hình thiết kế tại Ba Tƣ. Cối xay hạt đƣợc sử dụng hầu hết ở Âu Châu,
ngƣời Pháp thu nhập kỹ thuật này vào năm 1105 sau Công Nguyên và ở Anh năm
1191 trƣớc Công Nguyên. Cải tiến cơ bản của thiết kế này là đã tận dụng đƣợc lực
nâng khí động học tác dụng vào cánh gió do đó sẽ làm hiệu suất biến đổi năng
lƣợng gió của cối xay gió thời kỳ này cao hơn nhiều so với mô hình thiết kế từ
những năm 500 - 900 tại Ba Tƣ.
Hình 1.3: Mô hình cối xay gió xuất hiện sau TK 13
Trong suốt những năm tiếp theo, các thiết kế của thiết bị chạy bằng sức gió
càng ngày được hoàn thiện và được sử dụng rộng rãi trong khá nhiều các lĩnh vực
ứng dụng: chế tạo các máy bơm nước, hệ thống tưới tiêu trong nông nghiệp, các
thiết bị xay xát, xẻ gỗ, nhuộm vải.
Ngƣời Hà Lan, với nhà thiết kế Jan Adrianenszoon, là những ngƣời đi tiên
phong trong việc thiết kế ra những loại cối xay này. Chúng đã tạo nên sự phát triển

trong lĩnh vực thiết kế và phát minh vài loại cối xay. Ngoài việc xay hạt, cối xay gió
còn đƣợc dùng để tháo nƣớc những vùng đầm lầy ở Hà Lan. Những cối xay gió
này đƣợc du nhập vào Mỹ vào khoảng những năm 1700, nhờ vào thực dân Hà Lan.
Loại này mô phỏng theo cối xay gió bơm nƣớc đƣợc cho là một trong những ứng
dụng thành công của năng lƣợng gió. Turbine gió nhiều cánh xuất hiện trong lịch
sử năng lƣợng gió vào khoảng những năm 1800. Rotor tƣơng đối nhỏ có đƣờng
kính khoảng từ một đến vài mét đƣợc sử dụng chủ yếu để bơm nƣớc từ vài mét
dƣới mặt đất để phục vụ cho nông nghiệp. Những máy bơm nƣớc này với những
cánh quạt bằng kim loại và thiết kế cải tiến hơn.
Cho đến đầu thế kỷ 19, cùng với sự xuất hiện của máy hơi nước, thiết bị
chạy bằng sức gió dần dần bị thay thế. Lịch sử con người đã bước sang thời kỳ mới
với những công cụ mới: máy chạy hơi nước.
Hình 1.4: Chiếc máy bơm nƣớc chạy bằng sức gió
phía Tây nƣớc Mỹ những năm 1800
Năm 1888, Charles F. Brush đã chế tạo chiếc máy phát điện chạy sức gió
đầu tiên, và đặt tại Cleveland, Ohio. Có đặc điểm sau:
* Cánh đƣợc ghép thành xuyến tròn, đƣờng kính vòng ngoài 17m;
* Sử dụng hộp số (tỉ số truyền 50:1) ghép giữa cánh turbine với trục
máy phát;
* Tốc độ định mức của máy phát là 500 vòng/phút;
* Công suất phát định mức là 12kW.

Hình 1.5: Máy phát điện sức gió do Charles F.Brush chế tạo
Trong những năm tiếp sau, một số mẫu thiết kế khác đã được thực hiện tuy
nhiên vẫn không đem lại bước đột phát đáng kể. Ví dụ mẫu thiết kế của Dane Poul
La Cour năm 1891. Cho đến đầu những năm 1910, đã có nhiều máy phát điện chạy
bằng sức gió công suất 25kW được lắp đặt tại Đan Mạch nhưng giá thành điện năng
do chúng sản xuất ra không cạnh tranh được với giá thành của các nhà máy nhiệt
điện sử dụng nhiên liệu hoá thạch. Mặc dù gặp khó khăn do không có thị trường,
những thế hệ máy phát điện chạy bằng sức gió vẫn tiếp tục được thiết kế và lắp đặt.
Ví dụ như các máy phát công suất từ 1 đến 3 kW được lắp đặt tại vùng
nông thôn của Đồng bằng lớn, Mỹ, vào những năm 1925 hay máy phát Balaclava
công suất 100kW lắp đặt tại Nga năm 1931 hay máy phát Gedser công suất 200kW,
lắp đặt tại đảo Gedser, đông nam Đan Mạch. Sự phát triển của máy phát điện chạy
sức gió trong thời kỳ này có đặc điểm sau:
- Ít về số lượng, lắp đặt rải rác nhưng tập trung chủ yếu ở Mỹ, các nước
Tây Âu như Đan Mạch, Đức, Pháp, Anh, Hà Lan;
- Công suất máy phát thấp chủ yếu nằm ở mức vài chục kW.

Hình 1.6: Máy phát Gedser công suất 200kW
Kỷ nguyên của máy phát điện dùng sức gió bắt đầu vào cận những năm
1900. Tuabin gió hiện đại đầu tiên đƣợc thiết kế đặc biệt cho máy phát đƣợc xây
dựng bởi ngƣời Đan Mạch trong năm 1890. Nó cung cấp điện cho vùng nông thôn.
Lần đầu tiên hộp truyền động gia tốc đƣợc giới thiệu trong mẫu thiết kế. Hệ thống
này hoạt động trong 20 năm với công suất định mức là 12kW.
Nhiều phƣơng pháp hệ thống cũng đƣợc ứng dụng trong thiết kế kỹ thuật
của turbine trong suốt giai đoạn này. Với kết cấu vững chắc thấp và cánh quạt thiết
kế theo động lực học, những hệ thống này đã hoạt động một cách ấn tƣợng. Năm
1910, vài trăm loại máy kiểu này đã cung cấp điện năng cho những ngôi làng ở Đan
Mạch. Vào khoảng năm 1925, máy phát điện bằng sức gió đã có mặt trên thị trƣờng
Mỹ.
Nhà máy năng lƣợng gió thực nghiệm sau đó đƣợc xây dựng ở các nƣớc
khác nhƣ Mỹ, Đan Mạch, Pháp, Đức, Anh. Một sự phát triển đáng chú ý trong hệ
thống lớn này là turbine 1250kW thiết kế bởi Palmer C. Putman.
Nghiên cứu tập trung về nguyên lý hoạt động của turbine gió xuất hiện
trong những năm 1950. Ví dụ nhƣ rotor nhẹ và có tốc độ cố định phát triển ở Đức
vào năm 1968. Chúng có cánh làm bằng sợi thủy tinh đƣợc gắn trên cột rỗng cố
định bởi các dây cáp chằng, loại lớn nhất có đƣờng kính 15m và công suất 100kW.

Trong những năm sau đó, nguồn sơ cấp để sản xuất ra điện khai thác từ nhiên
liệu hóa thạch trở nên rẻ và tin cậy hơn. Trong khi đó, nguồn năng lƣợng khai thác từ
gió tốn 12 đến 30cent/kWh trong năm 1940, thì với sản lƣợng tƣơng tự khai thác thì từ
những nguồn nhiên liệu khác chỉ tốn đến 3 đến cent/kWh vào năm 1970. Chi phí cho
điện năng khai thác từ nhiên liệu hóa thạch giảm xuống thấp hơn 3cent/kWh năm 1970.
Nhiên liêu hóa thạch có nhiều nơi với giá rẻ hơn trong thời điểm đó. Một vài dự án hạt
nhân cũng đƣợc bắt tay vào thực hiện, và đƣợc tin tƣởng rằng nó sẽ là nguồn năng
lƣợng cuối cùng cho nhu cầu năng lƣợng trong tƣơng lai. Do đó mối quan tâm về năng
lƣợng gió giảm từ từ, đặt biệt trong năm 1970.
Tuy nhiên khủng hoảng dầu 1973 đã buộc các nhà khoa học, kỹ sƣ và
những nhà hoạch định chính sách phải suy nghĩ kỹ lại về việc dựa vào nhiên liệu
hóa thạch. Họ nhận ra rằng sự xáo trộn về chính sách hạn chế và giá cả leo thang
của nhiên liệu hóa thạch. Hơn nữa, ngƣời ta còn nhận thấy rằng nguồn dự trữ nhiên
liệu hóa thạch sớm hay muộn sẽ bị cạn kiệt. Năng lƣợng hạt nhân không đƣợc chấp
nhận vì nhiều lý do về sự an toàn. Những nhân tố trên đã làm sống lại mối quan tâm
về năng lƣợng gió. Nghiên cứu về sự phân tích nguồn năng lƣợng, sự phát triển của
thiết bị và các kỹ thuật giảm hao phí đã đƣợc tăng cƣờng. Mỹ đã giao phó cho cơ
quan hàng không và không gian Hoa Kỳ (NASA) việc phát triển turbine cỡ lớn. Kết
quả là một loạt turbine trục ngang với tên gọi là MOD-0, MOD-1, MOD-2 và
MOD-5 ra đời.
Việc nghiên cứu và phát triển năng lƣợng gió đƣợc trở nên mạnh mẽ hơn
trong những năm sau đó. Một vài sáng kiến mới nhƣ turbine xoáy, kiểu tăng cƣờng
máy khuếch tán, rotor Musgrove…Cũng đã đƣợc đề nghị trong giai đoạn đó.
Nguyên mẫu thiết kế của các loại turbine loại này đã đƣợc chế tạo và thử nghiệm.
Tuy nhiên, mẫu thiết kế với cánh trục ngang đã nỗi bật trên thị trƣờng tiêu dùng.
Các máy phát điện sử dụng sức gió đã được sử dụng nhiều ở các nƣớc
châu Âu, Mỹ và các nƣớc công nghiệp phát triển khác. Nƣớc Đức đang dẫn đầu thế
giới về công nghệ điện sử dụng sức gió (điện gió). Tới nay đa số vẫn là các máy
phát điện turbine gió trục ngang, gồm một máy phát điện có trục quay nằm ngang,
với rotor (phần quay) ở giữa, liên hệ với một turbine 3 cánh đón gió. Máy phát điện
đƣợc đặt trên một tháp cao hình côn. Trạm phát điện kiểu này mang dáng dấp
những cối xay gió ở châu Âu từ những thế kỷ trƣớc, nhƣng rất thanh nhã và hiện
đại. Các máy phát điện turbine gió trục đứng gồm một máy phát điện có trục quay

thẳng đứng, rotor nằm ngoài được nối với các cánh đón gió đặt thẳng đứng. Loại
này có thể hoạt động bình đẳng với mọi hướng gió nên hiệu qủa cao hơn, lại có cấu
tạo đơn giản, các bộ phận đều có kích thước không quá lớn nên vận chuyển và lắp
ráp dễ dàng, độ bền cao, duy tu bảo dưỡng đơn giản. Loại này mới xuất hiện từ vài
năm gần đây nhưng đã được nhiều nơi quan tâm và sử dụng.
Hiện có các loại máy phát điện dùng sức gió với công suất rất khác nhau, từ
1 kW tới hàng chục ngàn kW. Các trạm phát điện này có thể hoạt động độc lập hoặc
cũng có thể nối với mạng điện quốc gia. Các trạm độc lập cần có một bộ nạp, bộ
ắcquy và bộ đổi điện. Khi dùng không hết, điện được tích trữ vào ắc-quy. Khi
không có gió sẽ sử dụng điện phát ra từ ắc-quy. Các trạm nối với mạng điện quốc
gia thì không cần bộ nạp và ắc-quy.
Các trạm phát điện dùng sức gió có thể phát điện khi tốc độ gió từ 3 m/s
(11 km/h), và tự ngừng phát điện khi tốc độ gió vượt quá 25 m/s (90 km/h). Tốc độ
gió hiệu qủa từ 10 m/s tới 17 m/s, tùy theo từng loại máy phát điện.
1.2. Những thuận lợi và hạn chế khi sử dụng gió để sản xuất điện
Thuận lợi dễ thấy nhất của điện gió là không tiêu tốn nhiên liệu, tận dụng
được nguồn năng lượng vô tận là gió, không gây ô nhiễm môi trường như các nhà
máy nhiệt điện, không làm thay đổi môi trường và sinh thái như nhà máy thủy điện,
không có nguy cơ gây ảnh hưởng lâu dài đến cuộc sống của người dân xung quanh
như nhà máy điện hạt nhân, 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 điện gió 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 điện gió 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 điện gió 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 điện gió hiện nay chỉ bằng 1/4 so với năm
1986.
Các trạm điện gió có thể đặt ở những địa điểm và vị trí khác nhau, với
những giải pháp rất linh hoạt và phong phú:

- Các trạm điện gió 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.
- 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 điện gió, 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 điện gió. Nếu tận
dụng không gian phía trên các nhà xưởng để đặt các trạm điện gió thì sẽ giảm tới
mức thấp nhất diện tích đất xây dựng và chi phí làm đường dây điện.
- Đặt một trạm điện gió 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 điện gió. Việc bảo quản một trạm điện gió
cũng đơn giản hơn việc bảo vệ đường dây tải điện rất nhiều.
- Một trạm điện gió 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 điện gió 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.
Tuy nhiên không phải nơi nào đặt trạm điện gió cũng có hiệu quả nhƣ
nhau. Để có sản lƣợng điện cao cần tìm đến những nơi có nhiều gió. Các vùng đất
nhô ra biển và các thung lũng sông thƣờng là những nơi có lƣợng gió lớn. Một
vách núi cao có thể là vật cản gió nhƣng cũng có thể lại tạo ra một nguồn gió mạnh
thƣờng xuyên, rất có lợi cho việc khai thác điện gió. Khi chọn địa điểm đặt trạm có
thể dựa vào các số liệu thống kê của cơ quan khí tƣợng hoặc kinh nghiệm của nhân
đân địa phƣơng, nhƣng chỉ là căn cứ sơ bộ. Lƣợng gió mỗi nơi còn thay đổi theo
từng địa hình cụ thể và từng thời gian. Tại nơi dự định dựng trạm điện gió cần đặt
các thiết bị đo gió và ghi lại tổng lƣợng gió hàng năm, từ đó tính ra sản lƣợng điện

có thể khai thác, tƣơng ứng với từng thiết bị điện gió. Việc này càng quan trọng
hơn khi xây dựng các trạm công suất lớn hoặc các vùng điện gió tập trung.
1.3. Tình hình phát triển điện gió trên thế
1.3.1. Tình hình chung
Sau một thời gian tạm lắng vào cuối năm 2009, cơn sốt giá dầu trên thị trƣờng
thế giới lại đang “nóng” lên với mức giá đã vƣợt qua ngƣỡng 75 USD/thùng trong
tháng Tƣ năm 2006. Việc giá dầu mỏ tăng cao một cách kỷ lục trong thời gian qua đã
và đang gây ra những ảnh hƣởng rất lớn đối với nền kinh tế nhiều quốc gia khiến cho
vấn đề tìm kiếm và phát triển các nguồn năng lƣợng có thể tái tạo để thay thế cho dầu
lửa, khí đốt tự nhiên và các nguồn tài nguyên về nhiên liệu hóa thạch đang dần bị cạn
kiệt trên trái đất ngày càng trở nên bức thiết hơn.
Nhu cầu của các quốc gia nằm ngoài Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế
(OECD) tăng hơn 90%, đóng góp vào mức tăng nhu cầu năng lƣợng sơ cấp toàn
cầu từ 52% đến 63%. Trung Quốc và Ấn Độ chiếm 53% mức tăng vào năm 2030.
Song song với sự phát triển mạnh của các nƣớc khối ASEAN, điều này cũng góp
phần tái tập trung tâm điểm tựa của nền năng lƣợng toàn cầu về Châu Á. Ngoài
Châu Á, có thể thấy mức độ tăng trƣởng nhanh nhất ở Trung Đông, đóng góp 10%
vào sự gia tăng nhu cầu. Năng lƣợng hóa thạch vẫn là nguồn chủ đạo, chiếm 77%
mức tăng nhu cầu từ 2007-2030. Mặc dù nhu cầu dầu lửa giảm 2,2% vào năm 2009,
tiếp theo mức giảm 0,2% năm 2008, dự báo nhu cầu này sẽ phục hồi khi nền kinh tế
thế giới thoát khỏi khủng hoảng, tăng từ khoảng 85 triệu thùng/ngày vào năm 2008
lên 105 triệu thùng/ngày năm 2030, tăng khoảng 24%.
Từ 2007-2030, nhu cầu than đá tăng khoảng 53% và nhu cầu khí tự nhiên
tăng lên 42%. Nhu cầu điện tăng 76% từ 2010-2030, đòi hỏi thế giới phải có 4800
GW công suất bổ sung. Than đá vẫn duy trì vai trò đứng đầu ngành năng lƣợng với
lƣợng sản xuất tăng dao động từ 2-44% năm 2030. Bên cạnh đó, giá nhiên liệu hóa
thạch tăng và mối lo lắng về an ninh năng lƣợng cùng biến đổi khí hậu sẽ khiến sản
xuất điện tái sinh chiếm 18% năm 2007 tăng lên 22% năm 2030.
Nguồn năng lƣợng thế giới đủ đáp ứng nhu cầu tăng đến năm 2030 và sau đó,
nếu tiếp tục duy trì các xu hƣớng năng lƣợng hiện tại, tác động tiêu cực lên biến đối
khí hậu là điều không thể tránh khỏi. Chúng đặt ra mối lo lớn về chất lƣợng

không khí, gây ra những tác động sâu rộng đến môi trƣờng và sức khỏe cộng đồng,
đặc biệt ở các quốc gia đang phát triển. Đến năm 2030, mặc dù OECD sẽ nhập khẩu
ít dầu hơn hiện nay, nhƣng một số các quốc gia không thuộc khối này, đặc biệt là
Trung Quốc và Ấn Độ lại tăng mạnh nhập khẩu. Hầu hết các quốc gia nhập khí tự
nhiên cũng tăng nhập khẩu. Trung Quốc sẽ sớm vƣợt qua Hoa Kỳ sau năm 2025,
trở thành nƣớc tiêu dùng lớn nhất thế giới về dầu và khí nhập khẩu, còn Ấn Độ sẽ
vƣợt Nhật Bản sau năm 2020 để đứng ở vị trí thứ 3. Lợi nhuận tích lũy của OPEC
từ xuất khẩu dầu và khí tăng lên đến 30000 tỉ USD trong giai đoạn 2010 và 2030,
gần gấp 5 lần trong 26 năm qua.
Theo dự đoán, tới năm 2030 thế giới sẽ còn 1,3 tỉ ngƣời chƣa đƣợc dùng
điện, so với mức 1,5 tỉ ngƣời hiện nay. Kết nối điện toàn cầu chỉ có thể đạt đƣợc
bằng cách đầu tƣ thêm vào ngành điện 35 tỉ USD mỗi năm trong giai đoạn 2010-
2030, với điều kiện nhu cầu năng lƣợng gốc và khí thải CO2 từ đó không đáng kể.
Hình 1.7: Một số loại turbine gió được sử dụng phổ biến điện nay
Trong số các nguồn năng lƣợng có thể tái tạo đƣợc, nhiều nƣớc trên thế
giới đang đẩy mạnh phát triển trong những năm gần đây, điện gió đang tỏ ra có rất
nhiều hứa hẹn. Thống kê cho thấy, sản luợng điện sản xuất từ sức gió trên thế giới
trong gần 10 năm trở lại đây đã tăng trƣởng rất nhanh với tốc độ 28%/năm, cao nhất
trong tất cả các nguồn năng lƣợng hiện có. Năm 2004, sản lƣợng điện sản xuất từ

sức gió trên thế giới đã đạt 47.317 MW. Trong số đó, Đức là quốc gia dẫn đầu danh
sách những nƣớc có sản lƣợng cao nhất với 16.629 MW, chiếm 35% sản lƣợng điện
sản xuất từ sức gió của toàn thế giới và đứng trên các nƣớc Tây Ban Nha, Mỹ và Đan
Mạch. Chính phủ Đức đã đề ra mục tiêu tới năm 2030 sẽ đầu tƣ trên 45 tỉ euro để phát
triển ngành khai thác điện từ sức gió, nhằm dáp ứng 15% nhu cầu tiêu thụ điện của
nƣớc này là nguồn điện gió và tạo ra ít nhất 10.000 công ăn việc làm mới.
Không chỉ các nƣớc đang phát triển mà cả một số nƣớc đang phát triển ở
châu Á nhƣ Ấn Độ và Trung Quốc cũng rất thành công trong lĩnh vực phát triển
điện gió. Tính đến tháng 3/2005, công suất điện gió của Ấn Độ đạt mức 3.595 MW,
đứng thứ năm trên thế giới về công suất. Nếu nhƣ năm 2000 Ấn Độ mới chỉ đạt
1.220MW công suất điện gió, thì chỉ sau 5 năm, con số này tăng lên gấp 3 lần. Thời
điểm bƣớc ngoặt đánh dấu sự khởi đầu của chiến lƣợc phát triển điện gió của Ấn
Độ là vào năm 1980, khi Cơ quan Nguồn năng lƣợng của nƣớc này đƣợc thành lập
nhằm mục đích đa dạng hóa nguồn năng lƣợng để phục vụ cho sự phát triển nhanh
của nền kinh tế. Cơ quan này đã tiến hành nghiên cứu và triển khai các dự án năng
lƣợng gió có khả năng đƣa vào kinh doanh. Chính phủ Ấn Độ cũng ban hành
những chính sách ƣu đãi để hỗ trợ cho dự án. Kết quả là các Công ty Công nghiệp
và thƣơng mại, trong đó 97% là các Công ty tƣ nhân, đã tận dụng những ƣu đãi
này của nhà nƣớc để đầu tƣ một cách mạnh mẽ vào các dự án, hình thành nên
ngành công nghiệp điện gió Ấn Độ. Hiện nay các công ty này đã tự sản xuất đƣợc
các turbine phát điện bằng sức gió cho thị trƣờng trong nƣớc nƣớc và xuất khẩu cả
ra nƣớc ngoài.
Còn đối với Trung Quốc, dự án điện gió đầu tiên của Trung Quốc đƣợc
triển khai từ năm 1986. Tuy nhiên, bƣớc đi quan trọng thúc đẩy sự phát triển điện
gió của nƣớc này diễn ra vào năm 1994, khi Bộ trƣởng Bộ Năng lƣợng Điện Trung
Quốc ra quyết định đẩy mạnh phát triển năng lƣợng gió, một quyết định hết sức khó
khăn vì vào thời điểm đó, ngành năng lƣợng gió trên thế giới vẫn chƣa phát triển,
trong khi giá dầu mỏ và than vẫn khá rẻ. Để khắc phục điểm yếu này Bộ Năng
lƣơng của Trung Quốc đã phát triển những dự án quy mô lớn, đồng thời địa
phƣơng hóa các nhà máy sản xuất turbine gió để giảm giá thành, đồng thời giúp
phát triến kinh tế của địa phƣơng, đặc biệt là ở những vùng sâu, vùng xa nhờ đảm
bảo cung ứng điện ổn định, tăng nguồn thu thuế và tạo thêm công ăn việc làm cho
địa phƣơng. Với một bờ biển dài, Trung Quốc là một quốc gia có nhiều tiềm năng
về năng luợng gió.

Trong 20 năm qua, thị trƣờng điện gió ở Trung Quốc đƣợc hình thành và
không ngừng phát triển. Đến cuối năm 2004 Trung Quốc đã có 43 khu vực sản xuất
điện gió với tổng công suất là 850 MW, và trở thành một trong mƣời quốc gia đứng
đầu thế giới về sản luợng điện gió. Trong năm 2005, Trung Quốc đƣa thêm nhiều
turbine gió mới với công suất 450 MW vào vận hành. Chính phủ Trung Quốc đã đề
ra mục tiêu đến năm 2020, công suất điện gió của nƣớc này sẽ đạt 20.000 MW, tức
là tăng gấp 20 lần công suất hiện nay.
Những tiến bộ về công nghệ có tính đột phá trong thời gian qua đã giúp
làm tăng công suất, hiệu qủa và độ tin cậy của các trạm điện gió, đồng thời giảm giá
thành điện gió xuống nhiều lần. Theo đánh giá của các nhà chuyên môn, nếu cộng
tất cả các chi phí khác nhƣ chi phí cho khắc phục các ảnh huởng của môi trƣờng...
thì nặng lƣợng gió là một trong những nguồn năng lƣợng rẻ tiền nhất. Trong tƣơng
lai khi các nguồn năng luợng cổ điển nhƣ than đá dầu khí sẽ dần dần bị cạn kiệt,
ngành công nghiệp điện gió sẽ tiếp tục đóng góp ngày một lớn và toàn diện vào đi
sống kinh tế - xã hội của thế giới mà chúng ta đang sống.
Hình 1.8: Tình hình phát triển năng lượng điện gió toàn cầu theo số liệu thống kê
của hội đồng năng lượng gió toàn cầu (GWEC) năm 2014[3]

Năng lƣợng gió hiện nay đƣợc sử dụng phổ biến tại hơn 80 quốc gia, với
24 quốc gia có công suất lắp đặt hơn 1.000 MW. Công suất lắp đặt điện gió tích lũy
cho mỗi nƣớc, châu lục và thế giới 1982-2014 (hình 1.8).
Hội đồng Năng lƣợng gió toàn cầu (GWEC) công bố thống kê thị trƣờng
điện gió năm 2013 thì công suất toàn cầu tổng cộng đạt mức 318.137 MW, tức là
tăng gần 200.000 MW trong năm năm qua. Tuy nhiên, thị trƣờng hàng năm đã giảm
gần 10 GW đến 35.467 MW, sự sụt giảm nhanh chóng công suất lắp đặt một phần là
do hạn chế về chính sách do Quốc hội Mỹ và tình hình kinh tế thế giới năm 2012
chƣa đƣợc phục hồi. Trong năm 2013 thị trƣờng điện gió tăng trƣởng 12.5%, và
dự báo những năm tiếp theo tăng trƣởng sẽ đƣợc cải thiện đáng kể.
Hình 1.9: Công suất điện gió lắp đặt hàng năm
từ 1997-2014 (theo GWEC)[4]
1.3.2. Công nghệ điện gió
Nguyên lý hoạt động của turbine gió cũng khá đơn giản. Hiện tại, các turbine
điện gió đƣợc chia làm hai loại: Loại theo trục đứng giống nhƣ máy bay trực thăng và
loại theo trục ngang. Trong đó, các loại turbine gió trục ngang là loại phổ biến có 2 hay
3 cánh quạt và turbine gió 3 cánh quạt đƣợc sử dụng rộng rãi hơn cả.
Ở đây, turbine gió 3 cánh quạt hoạt động theo chiều gió với bề mặt cánh quạt hƣớng về
chiều gió đang thổi. Cánh quạt hứng gió và quay để sinh ra điện theo một nguyên lý
đơn giản, làm việc trái ngƣợc với một máy quạt điện; tức là thay vì sử dụng điện để tạo
ra gió nhƣ quạt điện thì ngƣợc lại turbine gió lại sử dụng gió để tạo ra điện.

Cụ thể, năng lƣợng của gió làm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay quanh 1 rotor. Rotor
lại nối với trục chính sẽ truyền chuyển động làm quay trục quay của máy phát để tạo
ra dòng điện.
Các turbine gió đƣợc đặt trên trụ cao khoàng 30m sẽ thu đƣợc hầu hết
năng lƣợng gió, đồng thời ít bị các luồng gió bất thƣờng gây rối. Công suất của
turbine gió thƣờng nằm trong khoảng từ 50kW đến cỡ vài MW. Hiện turbine gió có
công suất lớn nhất là Turbine Vestas V164-8.0 MW đƣợc xây dựng ở Đan Mạch có
chiều cao 220m, cổ cánh rộng 4,6m, sải cánh dài 80m khi hoạt động cánh quạt tạo
ra vùng rộng 21.124m2
, trọng lƣợng khoảng 390 tấn, mỗi trụ V164-8.0MW có thể
cung cấp cho 7.500 căn hộ dân ở châu Âu. Các turbine gió có thể sử dụng cung cấp
điện cho mỗi công trình, xóm nhà và cũng có thể nối vào mạng lƣới quốc gia để
phân phối rộng hơn.
Hình 1.10: Cột turbine điện gió lớn nhất thế giới hiện nay
Vestas V164-8.0 MW ở Đan Mạch

1.3.3. Các cƣờng quốc điện gió của thế giới
1.3.3.1. Công suất điện gió tính theo mật độ dân số
Theo hội đồng năng lƣợng toàn cầu (GWEC) thì danh sách các quốc gia
mạnh trên thế giới có công suất điện gió tính theo mật độ dân số và số liệu này chỉ
đƣợc công bố đầy đủ đến năm 2012. Hai đồ thị về các cƣờng quốc điện gió sắp xếp
thứ bậc theo tổng công suất điện gió quốc gia theo đầu ngƣời (tính theo 1 triệu dân).
Trong hình 1.11, tên các nƣớc liệt kê ở cột bên trái theo thứ bậc từ cao xuống thấp.
Chiều dài các cột nằm ngang tƣơng ứng với tổng công suất điện gió (đơn vị Mêga-
oat) tính trên triệu dân.
Đồ thị mô tả 47 quốc gia có tổng công suất điện gió tính trên đầu ngƣời
(tính theo triệu dân) lớn nhất trên thế giới. Ở đây, có 5 nƣớc ở cuối cũng đƣợc xem
là quốc gia có điện gió, tuy chƣa có đủ số liệu, trong đó có Việt Nam ; bên cạnh
Iran, Venezyela, Ethiopia và Pakistan.
Hình 1.11: Đồ thị 1 mô tả thứ tự các nước phát triển điện gió
với số liệu ở thời điểm 2012 (theo QWEC)[4]

Các số liệu thống kê sắp xếp thứ tự cũng đƣợc mô tả qua hình thức khác
cho 15 nƣớc phát triển điện gió hàng đầu ở thời điểm năm 2012 trên đồ thị hình
1.12. Độ lớn về công suất điện gió theo đầu dân số (kèm theo giá trị tƣơng đối tính
theo %) của mãng màu tƣơng ứng với tên nƣớc ghi trên cột dọc ở phía bên phải.
Hình 1.12: Đồ thị 2 mô tả thứ tự 15 nước phát triển điện gió nhất
với số liệu ở thời điểm năm 2012 (theo GWEC)[4]
Ngoài ra, thống kê giá trị về tổng công suất điện gió tuyệt đối và tƣơng đối
trên triệu dân của 33 quốc gia điện gió hàng đầu trên thế giới thì Đan Mạch đã vƣơn
lên đầu bảng các quốc gia điện gió tính trung bình trên đầu ngƣời. Tiếp theo là các
nƣớc Tây ban Nha, Bồ Đào Nha, Thụy Điển, Đức và Ireland cùng nằm trong top 5
cƣờng quốc điện gió.
Thứ tự sắp xếp trên có tính tƣơng đối và dễ dàng thay đổi nhanh chóng vì
các nƣớc trên cũng nhƣ các nƣớc lớn khác đang mọc lên những nhà máy điện gió
mới ngày càng lớn hơn. Chẳng hạn, Canada, Áo và Hy Lạp đang nằm ngoài top 10
những mỗi nƣớc đang có các chính sách năng lƣợng gió mạnh cho những năm tới
và biết đâu vài năm sắp tới có các quốc gia vƣơn lên top 5, đầu bảng thay vị trí
quán quân của Đan Mạch cho năm 2012.
1.3.3.2. Công suất điện gió tính theo công suất lắp đặt
Năm 2010, Trung Quốc vƣợt qua Mỹ trở thành quốc gia có công suất điện
gió đứng đầu thế giới. Năm 2014, Trung Quốc đẩy mạnh sản xuất điện gió từ
16.088 MW lên tới 91.412 MW trong nỗ lực của Văn phòng năng lƣợng quốc gia

đƣa điện gió trở thành nguồn năng lƣợng có giá cạnh tranh với nguồn điện than vào
năm 2020.
Hinh 1.13: Công suất điện gió lắp đặt tại các quốc gia dẫn đầu
từ năm 1980-2013 (theo GEWC)[4]
Kinh tế thế giới dần đƣợc phục hồi cùng với đó là tình hình chính trị bất ổn
diễn ra nhiều nơi, môi trƣờng ô nhiễm trầm trọng và việc khai thác nguồn nhiên liệu
hóa thạch ngày càng giảm, khó khăn hơn vì thế nhiều quốc gia đã đẩy mạnh phát
triển cộng nghiệp năng lƣợng theo xu hƣớng sạch và bền vững. Trong đó, xem phát
triển điện gió là hƣớng đi hàng đầu. Tới cuối năm 2013, trang trại gió đƣợc lắp đặt
tại trên 80 quốc gia có khả năng tổng hợp 318.105 MW điện, đủ đáp ứng nhu cầu sử
dụng điện của dân số tƣơng đƣơng Liên minh châu Âu là 506 triệu ngƣời, và năm
2014 khoảng 369.597 MW. Đồ thị hình 1.14 cho thấy sự phát triển thú vị của ngành
công nghiệp năng lƣợng gió trên thế giới.

Hình 1.14: Công suất năng lượng điện gió toàn cầu
từ năm 1997-2014 (theo GWEC)[4]
Trong đó 10 nƣớc có năng lƣợng điện gió lắp đặt lớn nhất đƣợc thống
kê năm 2013 là những nƣớc có nền kinh tế phát triển và công nghệ hàng đầu về
lĩnh vực năng lƣợng.
Hình 1.15: Mười nước có năng lượng điện gió lắp đặt
lớn nhất năm 2013 (theo GWEC)[4]

1.3.3.3. Triển vọng tƣơng lai của điện gió
Tổ chức năng lƣợng gió Châu Âu đang tiến hành một chiến lƣợc phát triển
rầm rộ nhất cho năng lƣợng gió với mục tiêu đƣa năng lƣợng gió vào nhóm những
nguồn năng lƣợng quan trọng nhất. Theo kế hoạch của tổ chức này, mục tiêu đến
năm 2020, sản lƣợng điện gió sẽ đạt 194,8 GW, chiếm 12,1% tổng sản lƣợng điện
năng của thế giới. Theo kế hoạch này đến năm 2020, tổng công suất của Châu Âu sẽ
là 180 GW trong đó có 70 GW đƣợc xây dựng ngoài thềm lục địa gấp 72 lần công
suất năm 1995, đủ cung cấp cho 195 triệu dân. Các kế hoạch phát triển các trạm
điện gió ngoài thềm lục địa cũng đang đƣợc tiến hành để lợi dụng gió biển và ƣớc
tính sẽ chiếm trên 40% sản lƣợng điện gió tƣơng lai của Châu Âu. Cũng theo dự
đoán này thì năng lƣợng gió sẽ tăng dần và vƣợt qua nhiều nguồn năng lƣợng
truyền thống nhƣng tiềm ẩn rủi ro cao nhƣ điện hạt nhân và thủy điện lớn, và vào
năm 2030 năng lƣợng gió sẽ trở thành nguồn năng lƣợng chiếm tỷ trọng lớn thứ
hai, chỉ đứng sau nhiệt điện.
Hội đồng Năng lƣợng Gió Thế giới cũng đƣa ra những dự báo hết sức khả
quan cho triển vọng phát triển năng lƣợng điện gió. Theo Hội đồng này, đến năm
2020 sản lƣợng điện gió sẽ chiếm tới 12,1% trong tổng sản lƣợng điện năng của thế
giới. Để đạt đƣợc mục tiêu này, thế giới sẽ đầu tƣ khoảng 100 tỷ USD mỗi năm vào
điện gió, đồng thời tạo ra 2,3 triệu việc làm và giảm đƣợc một lƣợng đáng kể khí
CO2 gây hiệu ứng nhà kính. Một thị trƣờng về năng lƣợng gió sẽ phát triển mạnh
mẽ đƣa giá thành lắp đặt cũng nhƣ vận hành điện gió xuống mức rẻ nhất, với chi
phí lắp đặt khoảng 600 USD trên một đơn vị kW công suất và giá điện thƣơng
phẩm sẽ dƣới 3 USD/kWh.
Các nghiên cứu về năng lƣợng gió cũng nhƣ những thảo luận hiện nay đã
tạo nên một không khí sôi nổi tại các hội nghị khoa học và trong dƣ luận xã hội.
Năng lƣợng gió ngày càng đƣợc quan tâm hơn, nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển
bền vững về mặt năng lƣợng, đồng thời bảo đảm an ninh và sự tự chủ về năng
lƣợng cho các quốc gia.
Hơn nữa, điện gió còn tạo nên đƣợc một thị trƣờng mới với các sản phẩm
có giá trị gia tăng cao và giúp tạo thêm nhiều việc làm mới cho xã hội. Các dự báo
về tốc độ phát triển của năng lƣợng gió thƣờng xuyên phải điều chỉnh để phản ánh
chính xác hơn tốc độ tăng trƣởng vƣợt bậc của ngành công nghiệp điện gió. Chúng
ta chắc chắn sẽ thấy đƣợc đóng góp tích cực của ngành công nghiệp điện gió một

cách toàn diện vào đời sống kinh tế – chính trị thế giới trong một tƣơng lai không
xa.
1.4. Tình hình phát triển điện gió ở Việt Nam
1.4.1. Tiềm năng lƣợng điện gió
Nhu cầu điện năng ở mỗi nƣớc và toàn thế giới không ngừng tăng. Nhƣng
nguồn nhiên liệu than và khí đốt cho nhiệt điện không còn dồi dào và gây khó khăn
lớn trong việc khắc phục ô nhiễm môi trƣờng nặng nề. Thủy điện lớn thì chủ yếu
dựa vào thời tiết và địa thế sông ngòi. Chỉ có điện hạt nhân đang đóng vai trò lớn,
nhƣng cũng bắt đầu có đâu hiệu chững lại. Và nguồn năng lƣợng tái tạo nổi lên
nhƣ một trong những nguồn cứu cánh. Bên cạnh điện mặt trời, điện gió đang là
nguồn đáp ứng không thể thiếu cho nhiều nƣớc trên thế giới hiện tại và tƣơng lai,
trong đó có Việt Nam. Một số nghiên cứu đánh giá cho thấy Việt Nam có tiềm năng
gió để phát triển các dự án điện gió với quy mô lớn là rất khả thi.
Hội đồng năng lƣợng gió toàn cầu đánh giá Việt Nam với vị trí thuận lợi có
bờ biển trải dài đứng thứ 11 trong số các quốc gia khai thác điện gió ven biển đứng
đầu thế giới. Bản đồ tiểm năng gió của Ngân hàng thế giới (Worldbank, 2001) đƣợc
xây dựng cho bốn nƣớc trong khu vực Đong Nam Á (gồm : Việt Nam, Cam-pu-
chia, Lào và Thái Lan). Trong khi Việt Nam có tới 8,6% diện tích lãnh thổ đƣợc
đánh giá có tiềm năng từ tốt đến rất tốt để xây dựng các trạm điện gió cở lớn thì
diện tích này ở Campuchia là 0,2%, ở Lào 2,9% và ở Thái Lan cũng chỉ 0,2%. Dựa
trên phƣơng pháp mô phỏng bằng mô hình số trị khí quyển và theo kết quả từ bản
đồ năng lƣợng gió này, tiềm năng năng lƣợng gió ở độ cao 65m của Việt Nam là
lớn nhất so với các nƣớc khác trong khu vực, với tiềm năng năng lƣợng gió ý
thuyết lên đến 513.360 MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La
và hơn 10 lần tổng cong suất dự báo của ngành điện vào năm 2020.

Hình 1.16: Các turbine điện gió được lắp đặt tại Việt Nam
Những khu vực đƣợc hứa hẹn có tiềm năng lớn trên toàn lãnh thổ là khu
vực ven biển và cao nguyên miền nam Trung Bộ và Nam Bộ. Tuy nhiên, các kết
quả mô phỏng này đƣợc đánh giá là khác biệt so với kết quả tính toán dựa trên số
liệu quan trắc của EVN, sự khác biệt này có thể là do sai số tính toán mô phỏng.
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; nhƣng điều đó không ngăn cản việc chúng ta xem xét một cách thấu
đáo tiềm năng to lớn về năng lƣợng gió ở Việt Nam để phát triển.
Nếu xét tiêu chuẩn để xây dựng các trạm điện gió cỡ nhỏ phục vụ cho phát
triển kinh tế ở những khu vực khó khăn thì Việt Nam có đến 41% diện tích nông
thôn có thể phát triển điện gió loại nhỏ. Nếu so sánh con số này với các nƣớc láng
giềng thì Campuchia có 6%, Lào có 13% và Thái Lan là 9% diện tích nông thôn có
thể phát triển năng lƣợng gió.
Năm 2007, EVN cũng đã tiến hành nghiên cứu đánh giá tiềm năng gió, xác
định các vùng thích hợp cho phát triển điện gió trên toàn lãnh thổ với công suất kỹ
thuật 1.785 MW. Trong đó, miền Trung Bộ đƣợc xem là có tiềm năng gió lớn nhất
cả nƣớc với khoảng 880 MW tập trung ở hai tỉnh Quảng Bình và Bình Định, tiếp

đến vùng có tiềm năng thứ hai là miền Nam Trung Bộ với công suất khoảng 855
MW, tập tring chủ yếu ở hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận.
Hình 1.17: Bản đồ phân bố tốc độ gióViệt Nam ở độ cao 80 mét (2010)
Ngoài ra, Bộ Công thƣơng, TrueWind Solutions LCC (Mỹ) và Ngân hàng
thế giới (2010) đã tiến hành cập nhật thêm số liệu quan trắc (đo gió ở 3 điểm) vào
bản đồ tiềm năng gió ở cấp ộ cao 80m cho Việt Nam. Kết quả cho thấy tiềm năng
năng lƣợng gió ở độ cao 80m so với bề mặt đát là trên 2.400 MW (tốc độ gió trung
bình năng trên 7m/s).
Bảng 1.1: Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 80m so với mặt đất năm 2010
Tốc độ gió
trung bình
<4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 >9
(m/s)
Diện tích
95.916 70.868 40.473 2.435 220 20 1
(km2
)
Diện tích
Chiếm 56,7 33,8 19,3 1,2 0,1 0,01 <0,01
(km2
)

Tiềm năng
(MW) 956.161 708.678 404.732 24.351 2.202 200 10
Số liệu gió của Trung tâm tƣ liệu Khí tƣợng Thuỷ văn Việt Nam cho thấy
tại độ cao đo gió bề mặt 10-12m trên mặt đất, vận tốc gió trung bình năm trong
nhiều năm (phần lớn trên 30 năm): trong 24 trạm có 7 trạm có vận tốc gió trên 4
m/s, 10 trạm có vận tốc gió từ 3 m/s – 4 m/s, 7 trạm có vận tốc gió từ 2 m/s – 3 m/s.
Số liệu gió tự ghi đo tại độ cao 50-60 m trên mặt đất: Tại các tỉnh có tiềm
năng gió tốt, có khoảng 30 vị trí đã đƣợc xây dựng trạm đo gió tự ghi có độ chính
xác cao; có trạm đo ở nhiều mức độ cao 12m, 30m, 40m, 50m, 60m; cũng có trạm
chỉ đo ở hai hoặc ba mức độ cao, phục vụ xây dựng các dự án trang trại gió công
suất lớn.
1.4.2. Các dự án điện gió ở Việt Nam
Cho đến nay, có khoảng 48 dự án điện gió đã đăng ký trên toàn bộ lãnh thổ
Việt Nam, tập trung chủ yếu ở các tỉnh miền Trung và Nam Bộ, với tổng công suất
đăng ký gần 5000 MW, quy mô công suất của các dự án từ 6MW đến 250 MW.
Hiện nay vốn đầu tƣ của dự án điện gió vẫn còn khá cao, tuy nhiên giá bán điện gió
đƣợc tập đoàn điện lực Việt Nam mua nâng lên từ 7,8 Cent/kWh lên 9,8 Cent/kWh
nên đã hấp dẫn các nhà đầu tƣ trong và ngoài nƣớc đầu tƣ vào lĩnh vực này.
Dự án điện gió ở xã Bình Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận là
hoàn thiện giai đoạn 1 (dự kiến nâng tổng công suất lên 120 MW trong giai đoạn 2
từ 2011 đến 2015), với công cuất lắp đặt 30 MW (20 turbine gió x1,5 MW mỗi
turbine). Chủ đầu tƣ dự án là công ty Cổ phần Năng lƣợng Tái tạo Việt Nam
(Vietnam Renewable Energy Joint Stock Company - REVN). Tổng mức đầu tƣ của
dự án lên đến 1.500 tỷ đồng (tƣơng đƣơng 75 triệu USD), các thiết bị turbine gió sử
dụng của Công ty Fuhrlaender Đức. Dự án chính thức đƣợc nối lên lƣới điện quốc
gia vào tháng 3 năm 2011. Theo nguồn tin nội bộ, sản lƣợng điện gió năm 2011 đạt
khoảng 79.000 MWh.
Trên đảo Phú Quý, tỉnh Bình Thuận, dự án điện gió do Tổng Công ty Điện
lực Dầu khí, thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (petro Vietnam) làm chủ đầu tƣ có
tổng công suất là 6MW. Các turbine gió của hãng Vestas, Đan Mạch.

Tại tỉnh Bạc Liêu, Công ty TNHH Thƣơng mại và Dịch vụ Công Lý cũng
đang trong giai đoạn 2 lắp đặt 52 turbine, tổng công suất 83,2 MW (giai đoạn 1 lắp
đặt 10 turbine gió, tổng công suất 16MW).
Cánh đồng điện gió Phƣơng Mai – Bình Định do Công ty Cổ phần Phong
điện Phƣơng Mai làm chủ đầu tƣ, gồm 12 turbine điện gió 2,5 MW, tổng công suất
giai đoạn 1 là 30MW, giai đoạn 2 là 100 MW, đã đƣợc khởi công vào tháng
04/2012.
Nhiều dự án xây dựng cánh đồng điện gió đang trong quá trình làm kế
hoạch hoặc đang tiến hành xin giấy phép nhƣ :
Cánh đồng điện gió Mẫu Sơn – Lạng Sơn của tập đoàn Thanh Tùng, nhà
cung cấp turbine là Avantis Turbine AV928 với công suất 200 MW.
Cánh đồng điện gió Vĩnh Châu – Sóc Trăng của Công ty Cổ phần Điện
Xanh Việt Nam, công suất 100 MW.
Cánh đồng điện gió Vĩnh Châu - Sóc Trăng của Tập đoàn Phú Cƣờng tỉnh
với quy mô 170 MW, Dự kiến khởi công đầu năm 2016 và phát điện vào năm 2017.
Dự án liên danh EAB Viet Wind Power Co.Ltd, (tập đoàn EAB Đức) cũng
đầu khoảng 1.500 tỷ đồng vào Nhà máy điện gió phƣớc Hữu.
Ngoài ra, các dự án đang trong các giai đoạn tiến độ khác nhau của dự án
và danh sách các dự án điện gió khác còn đăng ký tại Lâm Đồng, Bến Tre, Trà
Vinh, Cà Mau, Tiền Giang,…
Một số công ty nƣớc ngoài đã và đang đặt chân vào thị trƣờng này ở Việt
Nam nhƣ: Aerogie.Plus (một công ty tƣ vấn đầu tƣ năng lƣợng tái tạo ở Thụy Sỹ)
đầu tƣ ở Côn Đảo một hệ thống hybrid wind-diesel với đầu tƣ 28 triệu USD,
Avantis-Energy (một công ty Trung Quốc) lên kế hoạch lắp đặt khoảng 80 turbine
loại 2MW ở Mẫu Sơn, Lạng Sơn và một số khác ở Bình Định, một công ty của Séc
cũng đã sớm đặt trụ sở ở Đào Tấn –Hà Nội và đang xây dựng đề cƣơng khoảng 12
dự án ở các khu vực Bình Thuận, Vần Đồn, Mộc Châu.
Đáng nói là công ty Fuhrlãnder của Đức, cũng vừa đầu tƣ 25 triệu USD
xây dựng nhà máy sản xuất turbine gió ở Việt Nam, nhắm vào thị trƣờng trong
nƣớc và khu vực Đông Nam Á.

Tập đoàn GE Energy (Mỹ) cũng không chậm hơn với nhà máy sản xuất
turbine gió đƣợc cấp phép 2008 tại Hải Phòng, đã xuất xƣởng khoảng 200 turbine
đầu tiên vào năm 2010 này.
Có thể kể ra một số dự án gió đã và đang triển khai ở các mức độ khác
nhau:
+ Dự án điện gió tại đảo Bạch Long Vĩ (công suất 800 kW).
+ Các dự án điện gió tại Phƣơng Mai, Nhơn Hội (Bình Định).
+ Dự án điện gió tại Tu Bông - Vạn Ninh (Khánh Hòa).
+ Dự án điện gió tại đảo Lý Sơn (Quảng Ngãi).
+ Các dự án điện gió tại Ninh Phƣớc, Thuận Bắc (Ninh Thuận).
+ Các dự án điện gió tại Tuy Phong, Bắc Bình, Phú Quý (Bình Thuận).
+ Dự án điện gió tại Côn Đảo (Bà Rịa - Vũng Tàu).
+ Dự án điện gió tại tỉnh Lâm Đồng, v.v.
Sau hơn 3 tháng khởi công xây dựng và lắp đặt, 14h30 ngày 21 tháng 8
năm 2009, turbine điện gió đầu tiên công suất 1,5MW tại xã Bình Thạnh, huyện
Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận đã khởi động an toàn và phát điện.
Đây là dự án phong điện có quy mô lớn đầu tiên tại Việt Nam, do Công ty
cổ phần năng lƣợng tái tạo Việt Nam (REVN) làm chủ đầu tƣ. Cánh đồng điện gió
Tuy Phong - Bình Thuận - công suất 120MW gồm 80 turbine điện gió Fuhrländer
1,5 MW (Ukraina - Đức). Giai đọan I đã hoàn thành vào năm 2011 với 20 turbine,
phong điện của REVN có tổng công suất là 120 MW với 80 turbine sẽ đƣợc thực
hiện theo nhiều giai đoạn. Giai đoạn 1 gồm 20 turbine chiều cao cột 85m, đƣờng
kính cánh quạt 77m, công suất 1,5MW, tổng trọng lƣợng turbine là 89,4 tấn, cột
tháp là 165 tấn.
1.4.3. Thuận lợi và khó khăn về phát triển điện gió
Các thuận lợi của điện gió khá ấn tƣợn, năng lƣợng gió sinh ra chỉ bởi gió,
không dùng thêm nhiên liệu nào khác, nên nó là nguồn năng lƣợng sạch. Khác hẳn
các nhà máy nhiệt điện chỉ dựa vào sự đốt cháy nhiên liệu than hoặc khí gas nên gây
ô nhiễm môi trƣờng nặng nề. Ở nhiều quốc gia, chẳn hạn Việt Nam, nhiều vùng có
gió, đặc biệt dọc bờ biển dài hơn 3.000 km. Ngoài vùng ven biển có thể cả ở vùng
núi, cao nguyên xa xôi, nông thôn hẻo lánh. Năng lƣợng gió là một dạng năng
lƣợng có thể tái tạo lại đƣợc mà giá cả thấp do khoa học công nghệ ngày tiên tiến.

Dĩ nhiên, điều này còn phụ thuộc vào nguồn gió, tài chính của công trình và đặc
điểm của công trình cụ thể.
Tuy vậy, việc mở rộng khai thác năng lƣợng gió cũng gặp nhiều khó khăn
không nhỏ. Trƣớc hết là phụ thuộc vào vị trí có gió mạnh. Những nơi có năng
lƣợng gió tốt thƣờng ở xa thành phố, nơi cần nhiều điện. Nhƣ vậy, vị trí xây dựng
ảnh hƣởng nhiều đến việc nâng mức vốn đầu tƣ ban đầu cao hay thấp. Ngoài ra,
năng lƣợng gió là một nguồn năng lƣợng không liên tục, không thể dự trữ với công
suất lớn và không phải tất cả năng lƣợng gió có thể khai thác đƣợc tại thời điểm có
nhu cầu về điện.

Chương II: Hệ thống chuyển đổi năng lượng gió.
CHƢƠNG II
HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƢỢNG GIÓ
2.1. Năng lƣợng gió
Gió là nguồn năng lƣợng sạch trong tự nhiên mà loài ngƣời nên khai thác
và sử dụng nó, do đó yêu cầu đặt ra là cần phải có một công nghệ cao để khai thác
có hiệu quả nguồn năng lƣợng đó. Gió sẽ thay đổi cả về tốc độ cũng nhƣ hƣớng gió
phụ thuộc vào thời gian. Tốc độ gió thay đổi theo các khoảng thời gian khác nhau.
Tốc độ gió thay đổi theo mùa trong một năm, thay đổi theo giờ trong một ngày hoặc
cũng có thể thay đổi theo từng phút, ví dụ nhƣ tốc độ gió vào mùa hè, thu ở nƣớc ta
thƣờng lớn hơn các mùa khác hay tốc độ gió vào ban ngày lớn hơn ban đêm. Ngoài
ra tốc độ gió cũng khác nhau phụ thuộc vào độ cao và địa hình, gió ở trên cao
thƣờng mạnh hơn dƣới thấp.
Năng lƣợng mà một turbine gió có thể hấp thu là:
P
1
.Cp .At .vw
3
(2.1)
2
Trong đó:
P là năng lƣợng hấp thu (W)
Ρ là mật độ không khí (kg/m3
)
At là diện tích mặt cắt của turbine gió (m2
)
vw là vận tốc gió đi qua cánh quạt (m/s)
Cp là hiệu suất rotor hay hiệu suất của cánh quạt turbine đƣợc tính nhƣ
sau:
Cp 
1
112 (2.2)
2
γ là tỉ số của tốc độ gió phía sau cánh quạt và tốc độ gió đi vào cánh
quạt.

v
d
(2.3)
v

Để tìm công suất cực đại hệ số công suất ta lấy đạo hàm Cp theo biến γ và
cho đạo hàm này bằng không.
dCp

1 12 21 (2.4)
d 2
Suy ra:  vd 1 (2.5)
3
v
Nên
C
p max 
1
.(1
1
).(1
1
)
16
 0,593
2 32
27
3
Theo lý thuyết thì giá trị lớn nhất của Cp bằng 0,593 và nó đƣợc gọi là giới
hạn Betz. Năng lƣợng trong gió tỉ lệ với lập phƣơng của vận tốc gió, do đó tốc độ
gió tăng thì năng lƣợng tăng lên rất nhiều. Vì vậy giá trị năng lƣợng của turbine
thay đổi rất lớn. Từ công thức (2.3) ta thấy đƣợc giới hạn công suất có thể nhận
đƣợc từ gió. Tuy nhiên, công thức này chƣa nêu ra đƣợc mối quan hệ giữa hiệu
suất rotor với cấu trúc hình học của từng loại turbine gió cụ thể, cũng nhƣ mối quan
hệ giữa hiệu suất rotor với tốc độ quay của máy phát.
Từ đó ta thấy:
+ Nếu rotor quay quá chậm: gió sẽ dễ dàng đi qua mà không có tác
động lên cánh quạt.
+ Nếu rotor quay quá nhanh: cánh quạt nhƣ bức tƣờng chắn gió và tốc
độ gió phía sau cánh quạt gần nhƣ bằng không nên hiệu suất rotor gần bằng không.
Từ đó ta thấy hiệu suất rotor còn phụ thuộc vào tốc độ máy phát.
Đặc trƣng của gió gồm: tốc độ gió và cấp độ gió.
Tốc độ gió là đặc trƣng quan trọng của gió. Sức gió thổi mạnh hay yếu
từ khu vực này đến khu vực khác là do mức độ chênh (gradient) về nhiệt độ hoặc áp
suất không khí ở trong khí quyển những khu vực kế cận.
Tốc độ gió tính bằng m/giây, tốc độ gió của một vùng nào đó thƣờng lấy
giá trị tốc độ gió trung bình đo ở vị trí cách mặt đất khoảng 10m hoặc 30m tại địa
phƣơng cụ thể. Dựa vào tốc độ gió, có thể chia thành các cấp độ gió khác nhau nhƣ
sau (bảng 2.1):

Bảng 2.1: Các cấp độ gió tại vị trí cách mặt đất 10m và 30m[1]
Tốc độ gió độ ở độ cao Tốc độ gió độ ở độ cao
Cấp độ 10m 30m
Gió Tốc độ,
Tốc độ, m/h
Tốc độ,
Tốc độ, m/h
m/giây m/giây
1 < 4,4 < 9,8 < 5,6 < 12,5
2 4,4 – 5,1 9,8 – 11,5 5,6 – 6,4 12,5 – 14,3
3 5,1 – 5,6 11,5 – 12,5 6,4 – 7,0 14,3 – 15,7
4 5,6 – 6,0 12,5 – 13,4 7,0 – 7,5 15,7 – 16,8
5 6,0 – 6,4 13,4 – 14,3 7,5 – 8,0 16,8 – 17,9
6 6,4 – 7,0 14,3 – 15,7 8,0 – 8,8 17,9 – 19,7
7 > 7,0 > 15,7 > 8,8 > 19,7
2.2. Cấu tạo hệ thống năng gió
2.2.1. Tháp đỡ
Tháp đỡ
Hình 2.1: Tháp đỡ hình trụ
Tháp đỡ dùng để nâng turbine và buồng chứa các hệ thống truyền động cơ
khí, máy phát điện, bộ phận điều hƣớng.... Chiều cao của tháp phải cao hơn đƣờng

kính của cánh quạt rotor. Trƣớc đây, chiều cao của tháp từ 20m đến 50m. Vấn đề
chính trong thiết kế là động lực học cấu trúc. Cần tránh mọi tần số cộng hƣởng của
tháp, rotor và buồng chứa; sự rung động và kết quả của chu kỳ mới dƣới sự tác
động của dao động tốc độ gió. Bên cạnh vần đề nghiên cứu để phát triển chiều cao
của tháp, ngƣời ta còn chú trọng đến việc khai thác các khía cạnh lắp đặt hệ thống ở
ngoài biển khơi.
2.2.2. Cánh quạt tuabin
Cánh turbine
Hình 2.2. Cánh quạt turbine.
Hình 2.2: Cánh của turbine gió
Cánh quạt turbine làm từ gỗ nén, sợi thủy tinh hay các vòng oxy ghép lại.
Ngày nay, một turbine gió hiện đại thƣờng có 2 hoặc 3 cánh quạt. Khó khăn về cơ
khí song hành trong thiết kế vì những lực ly tâm và lý thuyết mọi sự rung động liên
tục. Ngoài ra sự giới hạn của cơ khí tối hiểu để chống chọi với những cơn gió lớn đi
kèm với việc điều khiển bảo vệ những cánh quạt, máy phát khi làm việc quá tải hay
quá nhiệt. Vấn đề quan trọng trong thiết kế là đặt hệ số công suất cực đại, cánh quạt
to hay nhỏ sẽ đem lại sự khác biệt lớn trong tiếp nhận và chuyển đổi năng lƣợng cơ.
Cả mối quan hệ về trọng lƣợng với tháp đỡ, chiều dài cánh quạt với chiều cao của
tháp cũng phải quan tâm. Mặt khác, tƣơng ứng với công suất nhận đƣợc thì giá
thành trong lắp đặt sẽ phải tính toán để đạt mức tối ƣu.

2.2.3. Bộ phận điều khiển hƣớng gió (hệ thống yaw)
Bộ phận điều hƣớng điều chỉnh hƣớng turbine liên tục theo chiều gió. Nó
có thể đơn giản là cánh quạt đuôi hay phức tạp hơn trên những tháp hiện đại. Hệ
thống yaw sẽ trƣợt theo mệnh lệnh có sự giám sát giải thuật điều khiển thích hợp.
Những cánh quạt quay với moment lớn ở trên cao trong thời gian chuyển hƣớng
thƣờng dẫn đến tiếng ồn. Sự trƣợt quá nhanh có thể sinh ra tiếng ồn vƣợt quá giới
hạn cho phép, cho nên phải đƣợc kiểm soát liên tục.
Hệ thống yaw
Hình 2.3: Bộ phận điều khiển hướng gió
2.2.4. Hộp số
Hệ thống cánh quạt của turbine điện gió có tốc độ số vòng quay thấp. Tốc
độ số vòng quay của máy phát điện (ngoại trừ máy phát điện nam châm vĩnh cửu)
thông thƣờng từ 900 đến 2000 vòng trên một phút. Để chuyển tốc độ số vòng quay
của hệ thống rotor lên cao, hộp số đƣợc lắp đặt trƣớc trục chính của rotor. Hộp số
có chức năng chuyển tốc độ số vòng quay thấp từ hệ thống cánh quạt lên tốc độ số
vòng quay cao của máy phát điện.

Ứng dụng matlab simulink mô phỏng converter điều khiển máy phát điện không đồng bộ nguồn kép dfig.doc

Ứng dụng matlab simulink mô phỏng converter điều khiển máy phát điện không đồng bộ nguồn kép dfig.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Ứng dụng matlab simulink mô phỏng converter điều khiển máy phát điện không đồng bộ nguồn kép dfig.doc

Similar to Ứng dụng matlab simulink mô phỏng converter điều khiển máy phát điện không đồng bộ nguồn kép dfig.doc (20)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (19)

Ứng dụng matlab simulink mô phỏng converter điều khiển máy phát điện không đồng bộ nguồn kép dfig.doc