ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC VŨ DUY HÙNG KHẢ NĂNG THÍCH ỨNG CỦA HỆ THỐNG TUABIN GIÓ TRONG ĐIỀU KIỆN BÃO Ở VIỆT NAM GIAI ĐOẠN HIỆN NAY LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HÀ NỘI – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC VŨ DUY HÙNG KHẢ NĂNG THÍCH ỨNG CỦA HỆ THỐNG TUABIN GIÓ TRONG ĐIỀU KIỆN BÃO Ở VIỆT NAM GIAI ĐOẠN HIỆN NAY LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Mã số: Chƣơng trình đào tạo thí điểm Người hướng dẫn khoa học: TS Ngô Đức Thành HÀ NỘI – 2014 LỜI CẢM ƠN Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của ngƣời khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở Khoa Sau đại học – Đại học Quốc gia Hà Nội, em đã nhận đƣợc rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Sau đại học – Đại học Quốc gia Hà Nội đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình truyền đạt cho chúng em vốn kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại trƣờng. Và đặc biệt, Khoa đã tổ chức cho chúng em đƣợc tiếp cận với các môn học mà theo em là rất hữu ích đối với các học viên ngành Biến đổi khí hậu cũng nhƣ tất cả các học viên khác trong khoa. Em xin chân thành cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới Ts. Ngô Đức Thành, Bộ môn Khí tƣợng, Khoa Khí tƣợng - Thủy văn và Hải dƣơng học, trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, đã tận tâm hƣớng dẫn em qua từng buổi học trên lớp cũng nhƣ những buổi nói chuyện, thảo luận về lĩnh vực Biến đổi khí hậu, đặc biệt là đề tài luận văn. Nếu không có những lời hƣớng dẫn, dạy bảo của thầy thì bài luận văn này của em rất khó có thể hoàn thiện đƣợc. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy. Luận văn đƣợc thực hiện trong khoảng thời gian 6 tháng với nội dung nghiên cứu về “Khả năng thích ứng của hệ thống Tuabin gió trong điều kiện bão ở Việt Nam giai đoạn hiện nay” thuộc chuyên ngành Biến đổi khí hậu, đây là một ngành mới của Đại học Quốc gia Hà Nội đƣợc nhà nƣớc giao nhiệm vụ đào tạo, và là ngành duy nhất trong khu vực Đông Nam Á. Biến đổi khí hậu là chƣơng trình mới cả về kiến thức, phƣơng thức tổ chức, cách thức tiến hành và là lĩnh vực học thuật có tính liên ngành cao, nội dung hàm chứa kiến thức tổng hợp của nhiều ngành thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau lần đầu tiên đƣợc tổ chức đào tạo bậc thạc sĩ ở Việt Nam. Do vậy, kiến thức còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ của em không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn học cùng lớp để kiến thức của em trong lĩnh vực này đƣợc hoàn thiện hơn. Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô trong Khoa Sau đại học – Đại học Quốc gia Hà Nội, Ban giám hiệu nhà trƣờng, đặc biệt là Gs. Ts. Hoàng Văn Vân cùng toàn thể Khoa Sau đai học thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau và hoàn thành nhiệm vụ lớn lao của trƣờng và nhà nƣớc giao phó. Trân trọng! Hà Nội, ngày 25 tháng 02 năm 2014 HỌC VIÊN (Ký và ghi rõ họ tên) Vũ Duy Hùng MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT i DANH MỤC CÁC BẢNG ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iii MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG TUABIN GIÓ 5 I.1. CÁC HỆ THỐNG TUABIN GIÓ 5 I.2. TÌNH HÌNH BÃO Ở VIỆT NAM 28 CHƯƠNG II. PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41 II.1. CƠ SỞ DỮ LIỆU 41 II.2. PHƢƠNG PHÁP LUẬN 42 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 44 III.1. TÍNH TOÁN THỐNG KÊ TÌNH HÌNH BÃO VIỆT NAM 1950-2012 44 III.2. BẢN ĐỒ GIÓ MÔ PHỎNG GIÓ CỰC ĐẠI – KHẢ NĂNG THÍCH ỨNG CỦA HỆ THÔNG TUABIN GIÓ 50 KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ATNĐ Áp thấp nhiệt đới GE General Electric GRADS Grid Analysis and Display System GW Gigawatt GWEC Global Wind Energy Council HAWT Tuabin gió trục ngang IEC International Electrotechnical Commission IGBT Transistor GateBipolar IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change MW Megawatt NEDO New Energy and Industrual Technology Development Organization NetCDF Network Common Data Form NLTT Năng lƣợng Tái tạo PVN Petrovietnam – Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam PWM Pulse-width modulation REVN Công ty Cổ phần NLTT Việt Nam SRREN Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation VAWT Tuabin gió trục đứng W Watt WMO Tổ chức khí tƣợng thế giới ii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng I-1: Các tiêu chuẩn áp dụng thiết kế tuabin gió 22 Bảng I-2: Phân loại tuabin gió theo tốc độ gió và sự nhiễu loại 23 Bảng I-3: Hiện trang khai thác năng lƣợng gió ở Việt Nam 27 Bảng I-4: Bảng cấp gió và mô tả mức độ nguy hiểm 32 Bảng I-5: Tọa độ ranh giới phân vùng hoạt động của bão đối với Việt Nam 35 Bảng I-6: Ranh giới vùng biển gần bờ đối với Việt Nam 35 Bảng III-1: Tốc độ gió cực đại tuyệt đối trên các vùng bờ biển Việt Nam 47 Bảng III-2: Tần số bão phân theo cấp khu vực tính toán 48 Bảng III-3: Tốc độ gió cực đại theo các giai đoạn 52 Bảng III-4: Một số hãng tuabin gió lắp đặt ở Việt Nam hiện nay 53 iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình I-1: Hƣớng trục và số các cánh rotor 5 Hình I-2: Một số loại tuabin gió 5 Hình I-3: Tuabin gió downwind (trái) và upwind (phải) 6 Hình I-4: Các thành phần chính của tuabin gió trục ngang 7 Hình I-5: Nền móng của tuabin gió Enercon E-33 (trái) và E-70 (phải) 9 Hình I-6: Các lực tác động lên cánh quạt 10 Hình I-7: Tuabin gió trục ngang hiện nay 10 Hình I-8: Bộ điều chỉnh độ nghiêng cánh 12 Hình I-9: Minh họa điều chỉnh độ nghiêng cánh 13 Hình I-10: Minh họa điều chỉnh giảm tốc 14 Hình I-11: Công suất lắp đặt điện gió từ 1996-2012 24 Hình I-12: Cơ cấu, công suất điện gió thế giới đến năm 2012 25 Hình I-13: Hình ảnh bão NARI chụp từ vệ tinh MTSAT2 ngày 13-10-2013 29 Hình I-14: Hình ảnh quỹ đạo bão BEBINCA tháng 6, 2013 31 Hình I-15: Phân bố xoáy thuận nhiệt đới giai đoạn 1851-2006 33 Hình I-16: Phân vùng bão ảnh hƣởng đến Việt Nam 36 Hình I-17: Quỹ đạo các cơn bão xuất hiện ở Tây Bắc Thái Bình Dƣơng giai đoạn 1950 đến nay 37 Hình I-18: Quỹ đạo các cơn bão xuất hiện ở Việt Nam giai đoạn 1950 đến nay 38 Hình I-19: Tần số xuất hiện theo khoảng tốc độ gió giai đoạn 1950 đến nay 38 Hình I-20: Bão ở khu vực phía Nam (Việt Nam) giai đoạn từ 1950 đến nay 39 Hình I-21: Tần số xuất hiện theo khoảng tốc độ gió giai đoạn 1950 đến nay cho khu vực phía Nam 39 iv Hình I-22: Tốc độ gió lớn nhất năm tại một số trạm tiêu biểu (1961-2007) 40 Hình II-1: Định dạng số liệu “best track” 41 Hình II-2: Số liệu tái phân tích hiển thị trong phần mềm GrADS 42 Hình II-3: Phƣơng pháp tính toán 42 Hình II-4: Mô tả miền tính 43 Hình III-1: Số lƣợng bão từng năm ảnh hƣởng đến Việt Nam (1950 – 2012) 44 Hình III-2: Tần số bão phân theo các cấp ảnh hƣởng đến Việt Nam (1950 – 2012) 45 Hình III-3: Tần số bão theo cấp trên các vùng bờ biển Việt Nam (1950 – 2012) 46 Hình III-4: Tần số bão ảnh hƣởng đến các vùng bờ biển Việt Nam (theo tháng) 46 Hình III-5: Tần số bão trên khu vực biển Đông (1950 – 2012) 48 Hình III-6: Tốc độ gió cực đại từ số liệu Unisys và số liệu tái phân tích 49 Hình III-7: Mô phỏng tốc độ gió cực đại xuất hiện ở Việt Nam – biển Đông giai đoạn 1950-2012 50 Hình III-8: Tốc độ gió cực đại 30 năm trong giai đoạn 1950-1980 và 1982-2012 51 Hình III-9: Tốc độ gió cực đại 50 năm trong giai đoạn 1950-1999 và 1963-2012 51 Hình III-10: Biến thiên tốc độ gió trong cơn bão LOLA tháng 12, 1993 53 Hình III-11: Quỹ đạo của cơn bão LOLA tháng 12, 1993 54 Hình III-12: Biến thiên tốc độ gió trong cơn bão LUCY tháng 11, 1962 55 Hình III-13: Quỹ đạo của cơn bão LUCY tháng 11, 1962 55 Hình III-14: Các cơn bão có tốc độ gió cực đại trên 50 m/s đi vào Việt Nam 56 Hình III-15: Quỹ đạo và tốc độ gió cực đại cơn bão HARRIET tháng 7, 1971 57 1 MỞ ĐẦU Các nguồn năng lƣợng tái tạo hiện đang đáp ứng khoảng 14% nhu cầu năng lƣợng trên toàn thế giới, và đã sẵn sàng đóng một vai trò lớn hơn nữa trong việc cung cấp năng lƣợng trong tƣơng lai [14] . Các công nghệ này cung cấp phần rất quan trọng trong việc thích ứng với biến đổi khí hậu với chu kỳ phát thải khí nhà kính thấp nhất so với than, dầu và các nhiên liệu khác. Chu kỳ phát thải khí nhà kính của năng lƣợng tái tạo cực đại khoảng 120 gCO 2 eq/kWh, trong khi đó, năng lƣợng hạt nhân khoảng 230 gCO 2 eq/kWh, của dầu khoảng 1200 gCO 2 eq/kWh và của Than khoảng gần 1700 gCO 2 eq/kWh [11] . Trong các công nghệ đƣợc áp dụng cho phát điện thì năng lƣợng gió xếp thứ hai sau thuỷ điện về công suất lắp đặt và tốc độ tăng trƣởng [14] . Theo thống kê cho đến hết năm 2012, công suất thƣơng mại trên toàn thế giới khoảng 280 GW [18] . Hệ thống phát điện từ gió đƣợc phát triển đầu tiên ở Châu âu và nó đƣợc thiết kế dựa trên một tiêu chuẩn phù hợp với các nƣớc Châu âu [10] . Do ở Châu âu, không bị ảnh hƣởng của xoáy thuận nhiệt đới nên các tuabin gió không đƣợc thiết kế có đủ khả năng chống chịu lại với các cơn gió mạnh nhƣ là bão nhiệt đới. Ví dụ cho sự tác động của xoáy thuận nhiệt đới lên hệ thống tuabin gió là trƣờng hợp của Nhật Bản. Vào tháng 9 năm 2003, hệ thống tuabin gió ở Okinawa và đảo Miyakojima đƣợc lắp đặt từ các tuabin gió đƣợc thiết kế theo tiêu chuẩn Châu âu bị phá hủy do phải hứng chịu sự phá hoại thƣờng xuyên của xoáy thuận nhiệt đới [17, 19] . Biến đổi khí hậu đang là mối đe doạ môi trƣờng lớn nhất đối với toàn nhân loại. Ở Việt Nam, những năm gần đây, thiên tai và các hiện tƣợng khí hậu cực đoan nhƣ bão, lũ, lốc, tố, lụt, triều cƣờng, hạn hán… dƣờng nhƣ xảy ra với tính chất dị thƣờng hơn, gây nhiều thiệt hại cho sản xuất, đời sống ở những vùng bị ảnh hƣởng và việc dự báo, phòng tránh trở nên khó khăn hơn. Biến đổi khí hậu làm tăng tần xuất và cƣờng độ các hiện tƣợng khí hậu, thời tiết cực đoan, nhƣ nắng nóng, gió mạnh trong bão và tố, lốc, mƣa lớn, ngập lụt, sạt lở đất, giông, sét, … và làm tăng điều kiện nóng ấm vốn có của khí hậu nhiệt đới gió mùa, tác động đến độ bền của vật liệu xây dựng và các công trình xây dựng. Chịu tác động trực tiếp của biến đổi khí hậu, song lĩnh vực năng lƣợng tái tạo có vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu thông qua các giải pháp giảm nhẹ và thích ứng của bản thân các công trình. Việc cải tạo và xây dựng [...]... mạnh mẽ trong tƣơng lai không xa ở Việt Nam Với các lý do đã nêu ở trên mà đề tài luận văn đƣợc chọn có tên: Khả năng thích ứng của hệ thống Tuabin gió trong điều kiện Bão ở Việt Nam giai đoạn hiện nay Dựa trên hiện trạng phát triển các hệ thống Tuabin gió của Việt Nam mà phạm vi nghiên cứu của đề tài luận văn đƣợc giới hạn ở những khu vực mà Tuabin gió đƣợc lắp đặt ở Việt Nam giai đoạn hiện nay Khu... đánh giá trong luận văn tính từ tỉnh Ninh Thuận – Bình Thuận đến Cà Mau Nôi dung của luận văn gồm có: MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG TUABIN GIÓ I.1 CÁC HỆ THỐNG TUABIN GIÓ Tuabin gió là một loại thiết bị chuyên dùng để chuyển đổi động năng của gió thành điện năng Tùy... Dầu khí quốc gia Việt Nam (PVN) đầu tƣ Các tuabin gió đƣợc cung cấp bởi hãng VESTAS (Đan Mạch) Dƣới đây là bảng thống kê hiện trạng khai thác năng lƣợng gió ở Việt Nam 26 Bảng I-3: Hiện trang khai thác năng lƣợng gió ở Việt Nam Ứng dụng Công suất (kW) Số lƣợng Thời gian đƣa vào vận hành Tuabin gió loại gia đình 0,1-0,2 Khoảng 1000 Kể từ năm 1999 30 1 1999 2 1 2000 800 1 2004 Hệ lai ghép tuabin gió. .. chỉnh hƣớng gió Đĩa chỉnh hƣớng gió là một thành phần quan trọng của hệ thống điều chỉnh trệch hƣớng của các tuabin gió trục ngang hiện đại Để đảm bảo cho các tuabin gió sản xuất đƣợc lƣợng điện năng tối đa ở tất cả các thời điểm, đĩa chỉnh hƣớng gió phải đƣợc điều chỉnh tích cực để giữ cho các cánh quạt luôn hƣớng về hƣớng gió khi hƣớng gió thay đổi Điều này đƣợc thực hiện bằng cách đo hƣớng gió nhờ một... giảm tốc độ tuabin Phanh cơ khí có thể bị mòn đi nhanh chóng nếu đƣợc sử dụng để dừng tuabin từ tốc độ cao Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển động cơ tuabin gió đƣợc tham gia vào hầu hết các quá trình ra hoạt động an toàn của các tuabin gió Đồng thời, nó phải giám sát hoạt động bình thƣờng của các tuabin gió và thực hiện các phép đo để theo dõi, kiểm soát, sử dụng thống kê… Hệ thống điều khiển... chúng và việc bảo dƣỡng sẽ trở nên dễ dàng hơn Đối với tuabin gió trục ngang, về cơ bản, một hệ thống chuyển đổi năng lƣợng gió gồm có một tháp đỡ tuabin và rotor tuabin gió, trong đó rotor tuabin gió gồm có trục và các cánh rotor[16] Hầu hết các tuabin gió hiện đại là các tuabin gió trục ngang với 3 cánh thƣờng đƣợc đặt theo chiều gió đang thổi tới tháp tuabin và vỏ bọc tuabin (Hình I-4) Bên ngoài... đồng bộ thích hợp hơn cho các ứng dụng mà ở đó có tốc độ gió tƣơng đối ổn định và hiếm khi giảm xuống dƣới một giá trị nhất định b) Các thiết bị khác Bộ chuyển đổi điện tử công suất Hệ thống điện tử công suất đƣợc sử dụng cho nhiều tuabin gió nhƣ là những khớp nối rất quan trọng trong việc đƣa điện năng từ tuabin gió lên lƣới điện Tuabin gió hoạt động trong điều kiện tốc độ quay biến biến đổi, do đó... phƣơng pháp điều chỉnh điện năng khác Một vài tuabin gió cũ sử dụng cánh liệng để điều chỉnh năng lƣợng của rotor Khả năng khác là làm trệch hƣớng phần nào đó của rotor so với hƣớng gió để giảm năng lƣợng Đây là công nghệ điều khiển bẻ lái hay còn gọi là điều chỉnh trệch hƣớng mà trong thực tế chỉ đƣợc sử dụng cho các tuabin gió rất nhỏ (dƣới 1 kW), vì nó làm cho rotor chịu ứng suất biến đổi theo chu... Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam (PVN) đầu tƣ đã đi vào hoạt động tháng 8/2012 Các tuabin gió này cũng đƣợc thiết kế theo tiêu chuẩn Châu âu và các tai nạn giống nhƣ ở Okinawa và Miyakojima (Nhật Bản) cũng có thể xảy ra ở Việt Nam trong điều kiện biến đổi của khí hậu Hiện nay, Chính phủ và Bộ Công Thƣơng đã ban hành một số thông tƣ, nghị định nhằm phát triển năng lƣợng gió nhƣ: Quyết định Ban hành... nơi mà có tốc độ gió cao hơn thì lại rất khó lắp đặt Để giữ cho hệ thống tuabin gió trục ứng ứng yên cần phải sử dụng các dây chằng, các dây chằng này đƣợc nối với đỉnh trụ để giảm áp lực hƣớng xuống mỗi khi gió giật Tuabin gió trục ngang là loại phổ biến hơn tuabin gió trục ứng Loại tuabin gió này thƣờng có 2 hay 3 cánh quạt, trong đó tuabin gió 3 cánh quạt hoạt động theo chiều gió với bề mặt cánh . HÙNG KHẢ NĂNG THÍCH ỨNG CỦA HỆ THỐNG TUABIN GIÓ TRONG ĐIỀU KIỆN BÃO Ở VIỆT NAM GIAI ĐOẠN HIỆN NAY LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Mã số:. VŨ DUY HÙNG KHẢ NĂNG THÍCH ỨNG CỦA HỆ THỐNG TUABIN GIÓ TRONG ĐIỀU KIỆN BÃO Ở VIỆT NAM GIAI ĐOẠN HIỆN NAY LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HÀ. ơn thầy. Luận văn đƣợc thực hiện trong khoảng thời gian 6 tháng với nội dung nghiên cứu về Khả năng thích ứng của hệ thống Tuabin gió trong điều kiện bão ở Việt Nam giai đoạn hiện nay thuộc