Năng lượng gió là gì? Ứng dụng nguồn năng lượng sạch ở Việt Nam
Nhu cầu sử dụng điện của người dân trên thế giới ngày càng cao, trong khi đó, nhiệt điện, thủy điện lại là nguồn tài nguyên có hạn. Chính vì thế, năng lượng gió là nguồn nguyên liệu sạch, nguyên liệu tự nhiên và rất dồi dào tiềm năng đang được chú ý và khai thác để tạo ra điện.
Nhưng không phải ai cũng định nghĩa được năng lượng gió là gì? Dưới bài viết này cùng Thiết bị điện Goldsun tìm hiểu chi tiết về năng lượng gió là gì? Lịch sử hình thành và phát triển, nguyên lý hoạt động, những ưu nhược điểm và các thông tin về năng lượng gió trong nội dung dưới đây. Xem ngay!
Khái niệm về năng lượng gió là gì
Năng lượng gió là gì? Theo chúng ta được biết năng lượng gió là một nguồn năng lượng từ tự nhiên nhờ sự chuyển động của không khí. Khi mặt trời chiếu xuống mặt đất, khu vực đất liền sẽ nóng nhanh hơn vùng biển, luồng không khí sẽ di chuyển từ biển vào đất liền.
Ngược lại, khi đêm xuống, khu vực đất liền sẽ nguội nhanh hơn, vùng biển lại nguội lâu hơn nên không khí sẽ di chuyển theo chiều ngược lại từ đất liền ra biển. Đây chính là nguồn gốc tạo ra năng lượng gió.
Ngay từ xa xưa, con người đã biết tận dụng năng lượng gió để phục vụ cho cuộc sống sinh hoạt hàng ngày. Những chiếc thuyền buồm không động cơ cũng được hoạt động dựa trên sự dịch chuyển của gió vào ban ngày và ban đêm.
Gió còn được sử dụng để tạo ra sức kéo thay cho máy móc và tạo ra năng lượng điện để phục vụ cho hoạt động sinh hoạt, sản xuất.
Lịch sử hình thành và phát triển của năng lượng gió
Chiếc cối xay gió đầu tiên trên thế giới được phát minh tại Iran vào thế kỷ thứ 7. Vào thời điểm đó, sức gió chưa sử dụng để tạo ra năng lượng điện mà chỉ sử dụng để thay cho sức lao động trong việc xay ngũ cốc và bơm nước.
Phát minh mới này đã được du nhập vào các nước trên thế giới như Trung Quốc, Ấn Độ và một số quốc gia ở Châu Âu.
Cối xay gió trở nên phổ biến ở các nước Châu Âu như Đan Mạch, Hà Lan, Anh, Đức, Tây Ban Nha vào những năm 1200. Tuy nhiên, cho tới khi phát triển cuộc cách mạng công nghiệp, sự xuất hiện của các loại máy móc chạy bằng than đã khiến cho cối xay gió dần mai một.
Tuabin gió tạo ra điện được phát minh vào năm 1887 tại Scotland bởi một giáo sư trường Cao đẳng Anderson. Lúc này, Tuabin gió có độ cao khoảng 10m, các cánh quạt được làm bằng buồm vải. Ông đã tạo ra tuabin gió ngay trong khu vườn của mình để cung cấp ánh sáng điện cho ngôi nhà.
Ông đã đề xuất cung cấp điện cho những ngôi nhà quanh lành nhưng đã bị từ chối bởi ở thời điểm đó tuabin gió tạo ra điện còn là điều khá lạ lẫm đối với người dân.
Sau đó, tuabin gió của giáo sư người Scotland đã được cải tiến bởi một kỹ sư ở Cleveland. Tuabin gió có kích thước lớn hơn, đường kính cánh quạt 17 mét được gắn trên một tòa tháp cao 18 mét. Lượng điện tạo ra ở khoảng 12kW để sử dụng cho các máy móc và hệ thống chiếu sáng cho phòng thí nghiệm của kỹ sư này.
Tới năm 1891, nhà khoa học tại Đan Mạch đã tạo ra tuabin gió có khả năng tạo ra nguồn điện lớn và ổn định, có thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng cho toàn bộ ngôi nhà.
Cho tới đầu thế kỷ 20, tuabin gió đã xuất hiện rất nhiều ở các quốc gia trên thế giới: 2500 cối xay gió tại Đan Mạch, vài triệu cối xay gió tại Trung Tây Hoa Kỳ,…
Từ năm 2000 tới nay, năng lượng gió ngày càng được ưa chuộng và được đầu tư nhiều hơn. Các tuabin gió được lắp đặt có kích thước lớn mang lại nguồn điện mạnh và hiệu quả hơn. Các cánh quạt cũng được cải tiến với ngoại hình đẹp để không làm ảnh hưởng tới mỹ quan trong khu vực.
Ngoài lắp đặt tuabin gió ở đất liền, người ta còn khai thác tuabin gió trên các vùng biển lộng gió gần biển đặc biệt là Trung Quốc, Mỹ, Đan Mạch, Thụy Điển,…
Năng lượng gió dùng để làm gì?
Gió là nguồn năng lượng tự nhiên cực kỳ dồi dào, xanh và sạch đối với môi trường. Từ nhiều thế kỷ trước, con người đã biết cách tận dụng sức gió để phục vụ hoạt động sản xuất và tạo ra điện. Ngoài ra, năng lượng gió còn được dùng để tạo công cơ học thông qua các cối xay gió.
Trước khi diễn ra cách mạng công nghiệp, con người đã biết sử dụng sức gió cho nhiều hoạt động kinh tế ở trên đất liền. Người Hà Lan sử dụng quạt gió để làm cạn châu thổ sông Rhine nhằm lấn biển và mở rộng lãnh thổ của họ. Sau cách mạng công nghiệp, với sự phát triển nhanh chóng của ngành điện lực, con người đã thử dùng quạt gió để sản xuất điện.
Ý tưởng sử dụng năng lượng gió để sản xuất điện ra đời ngay sau khi các nhà khoa học phát minh ra điện và máy phát điện. Lúc đầu nguyên tắc hoạt động của cối xay gió chỉ được biến đổi nhỏ, thay vì chuyển đổi động năng của gió thành năng lượng cơ học thì sử dụng máy phát điện để sản xuất năng lượng điện. Sau đó, bộ môn cơ học dòng chảy tiếp tục phát triển nên các thiết bị xây dựng và hình dáng của cánh quạt cũng được cải tiến và chế tạo đặc biệt hơn. Hiện nay, người ta gọi đó tuabin gió.
Vì gió không thổi đều đặn nên để cung cấp năng lượng 1 cách liên tục, năng lượng điện tạo thành từ các tuabin gió chỉ có thể được sử dụng kết hợp cùng với các nguồn năng lượng khác như nguồn năng lượng mặt trời.
Theo AWEA (hội năng lượng gió Hoa Kỳ) thì trong năm 2009 Hoa Kỳ đã lắp đặt 9.922 MW công suất điện gió, tăng hơn 39% so với năm 2008 và nâng tổng công suất điện gió ở Hoa Kỳ lên đến 35.000 MW (công suất này tương đương với công suất của 35 lò phản ứng hạt nhân trung bình).
Việt Nam có hơn 3.000 km chiều dài bờ biển và khoảng 90% lãnh thổ của nước ta là đồi núi. Có ý kiến cho rằng tổng công suất điện gió của ta ước đạt 513.360 MW, bằng khoảng 200 lần công suất của Thủy điện Sơn La.
Có thể chắc chắn rằng, địa thế của nước ta rất thuận lợi để khai thác năng lượng gió. Ngành nông nghiệp chiếm hơn nửa tổng số lao động của cả nước, sử dụng sức con người và súc vật là chính. Một số nơi sử dụng động cơ máy nổ và máy điện. Nên đây chính là thị trường lớn cho máy bơm nước chạy bằng sức gió cần sớm khai thác và phát triển.
Phân loại năng lượng gió
Điện gió xa bờ
Các vùng biển ngoài khơi gần bờ, cách bờ từ 10-60 km với điều kiện không nhận thấy từ đất liền, có độ sâu nước không quá lớn, có gió biển điều hòa, không chiếm đất,… có triển vọng nhất để sản xuất điện bằng tuabin gió. Tuy nhiên, chi phí lắp đặt tuabin xa bờ tiêu tốn chi phí gấp 1.5-2 lần so với việc lắp đặt gần bờ.
Vùng ven biển nước ta, đặc biệt vùng phía Nam có tiềm năng phát triển tốt điện gió biển do có độ sâu từ 0m đến 60m, diện tích rộng khoảng 142.000km2. Tại đây, tốc độ gió trung bình ở độ cao 100m đạt hơn 7-10m/s
Điện gió trên bờ
Việc xây dựng các trạm điện gió trong đất liền đỏi hỏi phải khảo sát rất bài bản về tốc độ gió và hướng gió do gió trong đất liền thường không ổn định về hướng và tốc độ.
Một trạm điện gió có thể bao gồm nhiều tua bin gió được lắp đặt gần nhau, có khi lên tới 100 tua bin và thường được thiết lập ở những nơi có có tốc độ gió trung bình cao nhất từ 4,5m/s.
Ở nhiều nước, các tua bin gió được thiết kế theo bản đồ gió do các cơ quan nhà nước thành lập, hoặc được thiết lập bằng vốn ngân sách.
Các loại tua bin gió
Tuabin gió hay còn được gọi là cối xay gió, đây là thiết bị rất quen thuộc hỗ trợ cho quá trình tạo ra năng lượng gió và sinh ra nguồn điện. Thiết bị này lần lượt xuất hiện ở Anh, Mỹ và được đưa vào hoạt động từ năm 1887. Tuy nhiên, Đan Mạch mới là quốc gia sản xuất được năng lượng gió hiện đại đầu tiên. Các trục của tuabin gió cũng được ra đời từ Đan Mạch.
Hiện nay, tua bin gió có 2 loại chính đó là:
Tua bin gió trục ngang: Đối với loại này, người dùng phải sử dụng cánh tua bin ngang để giúp thu được gió ở năng lượng tối đa. Hiệu suất tối đa của nó cao hơn trục đứng. Loại tua bin gió trục ngang là dạng được sử dụng phổ biến. Có 2 hoặc 3 cánh quạt với bề mặt cánh quạt hướng về chiều gió đang thổi. Dạng tua bin gió này rất dễ lắp đặt và bảo trì. Chủ yếu được dùng cho mục đích gia đình.
Tua bin gió trục đứng: Theo đánh giá chung của các chuyên gia, đây là loại tua bin gió không ổn định. Bởi nếu lắp đặt ở địa hình thấp thì lượng điện tạo ra sẽ yếu. Không cần dùng bộ phận điều hướng thì quạt vẫn có thể quay ở bất kỳ hướng gió nào. Ưu điểm của tua bin gió trục đứng là dễ lắp đặt trong khu dân cư hay nơi chật hẹp. Tuổi thọ của dạng tuabin gió này cao hơn so với trục ngang.
Nguyên lý hoạt động của tua bin gió
Thực chất, tua bin gió hoạt động rất đơn giản. Mỗi tuabin được trang bị 2 hoặc 3 cánh quạt, các cánh quạt này quay xung quanh 1 rotor. Khi đó, rotor được nối trực tiếp với trục chính sẽ truyền động làm trục máy phát quay để tạo ra điện.
Tuabin được lắp đặt trên trụ cao nhằm thu được năng lượng gió tối đa. 30m là độ cao thuận lợi nhất để lấy được tối đa năng lượng gió. Bên cạnh đó, các luồng gió thu ở độ cao này thường đều nhau không xảy ra tình trạng bất thường. Người ta dùng tua bin gió để cung cấp điện cho dân dụng hoặc công trình xây dựng. Chúng có thể kết nối lại với nhau như 1 mạng điện để phân phối lưới điện với quy mô rộng hơn.
Công suất của tua bin gió
Công suất tạo ra điện của tua bin gió có thể tăng theo thời gian. Lượng điện mà mỗi hệ thống tua bin gió hoạt động có thể tạo ra khoảng từ 100KW đến vài MW. Nếu kích thước của tua bin gió lớn thì chi phí sẽ cao và thường được lắp đặt ở những vị trí cố định, riêng biệt. Chẳng hạn như các cánh đồng tua bin gió chuyên cung cấp lưới điện cho toàn bộ 1 khu vực dân cư nhất định.
Hiện nay, công suất tua bin nhỏ nhất là dưới 100KW, thường được sử dụng trong các gia đình. Bên cạnh đó, nó còn có thể cung cấp điện duy trì hoạt động của cáp truyền thông hay máy bơm nước. Trong 1 số trường hợp nhất định, tua bin gió sẽ được liên kết với các máy phát điện hoạt động bằng dầu diesel, các pin và hệ thống pin quang năng.
Lưới điện này phù hợp để cung cấp điện cho những địa điểm khó khăn hoặc vùng sâu vùng xa.
Đặc điểm của năng lượng gió là gì
Gió được biết đến là dạng năng lượng sạch và có sẵn trong tự nhiên. Trong thời gian gần đây, con người có xu hướng tìm về những nguồn năng lượng tự nhiên để giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường. Vậy loại năng lượng này có đặc điểm gì mà phù hợp với nhu cầu của con người. Dưới đây sẽ là phần thông tin chi tiết
Ưu điểm của năng lượng gió
Nguồn năng lượng sạch
Khác hoàn toàn với các năng lượng tự nhiên khác như khoáng sản. Gió được tạo ra nhờ sự chuyển động của luồng không khí. Do đó, năng lượng gió giảm thiểu được sự phụ thuộc vào máy móc và các nhiên liệu hóa thạch. Bởi trên thế giới có 67% nguồn năng lượng được cung cấp cho toàn cầu là năng lượng hóa thạch.
Thế nhưng, nguồn nhiên liệu này đã và đang hủy hoại môi trường trầm trọng vì chất thải của chúng. Tiêu biểu là cacbon dioxide là thủ phạm chính dẫn đến hệ lụy thủng tầng ozon.
Do đó sử dụng năng lượng gió giúp giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường. Bên cạnh đó còn giúp ích cho nền kinh tế quốc dân tiết kiệm được khoản chi phí tiêu thụ năng lượng.
Gió là nguồn năng lượng tái tạo
Không giống như các nguồn tài nguyên khác gió là tài sản vô tận. Bạn có thể đến bất cứ môi trường hoặc khu vực địa chất nào cũng đều có gió.
Do đó, con người có thể sử dụng nguồn năng lượng này trong sản xuất điện. Việc sản xuất điện từ gió góp phần làm giảm chi phí tìm nguồn năng lượng, giảm chi phí sản xuất điện một cách tối đa nhất. Bạn có thể phục hồi chi phí để có được và giới thiệu tuabin gió của bạn theo thời gian.
Đưa ra mức chi phí hiệu quả
Một tuabin gió có thể cung cấp điện năng cho nhiều hộ dân cư. Do đó cả một hệ thống, quy mô lưới điện sẽ ngày càng mở rộng. Vì vậy, biện pháp này vừa mang lại lợi nhuận cho các doanh nghiệp vừa có lợi cho các hộ dân.
Kiếm thêm thu nhập từ tuabin gió
Xây dựng hệ thống tuabin gió đòi hỏi vị trí lắp đặt phải được đảm bảo. Chính vì thế, người dân có nhiều diện tích nhà ở có thể cho doanh nghiệp chủ đầu tư thuê lại đất. Một số trường hợp nếu bạn sản xuất được nhiều năng lượng hơn, đồng nghĩa với việc bạn sẽ có thêm một số tiền mặt. Bởi năng lượng gió tạo ra càng nhiều thì lượng điện được sinh ra sẽ nhiều hơn. Nó có thể được đưa vào lưới điện chung cho toàn xã hội.
Mức tăng trưởng nhanh và rõ rệt
Năng lượng gió hiện nay được nhiều quốc gia sử dụng. Do đó sản lượng điện được sinh ra từ năng lượng này ngày càng nhiều. Trong đó công suất điện gió được tích lũy có dấu hiệu tăng. Cụ thể là lượng năng lượng gió tích lũy chiếm 2,5% tổng sản lượng điện. Một con số có dấu hiệu tích cực khi lượng điện trên thế giới được sản xuất từ năng lượng sạch.
Người ta tận dụng kích cỡ của các tua bin để sản xuất năng lượng cho chính họ sử dụng. Hoặc họ có thể bán lượng điện để mang lại lợi nhuận.
Dễ dàng lắp đặt một hệ thống tuabin gió trên diện tích trang trại sẵn có
Tuabin gió có thể được lắp trên các cánh đồng hoặc trang trại sẵn có. Người dân có thể kiếm thêm thu nhập từ việc cho thuê đất. Các chủ doanh nghiệp có thể có thể thanh toán cho người nông dân về diện tích đất dùng để phát điện. Người dân vừa có thể kiếm thêm thu nhập vừa canh tác bình thường. Bởi phần diện tích xây dựng các tuabin gió không chiếm nhiều không gian.
Nhược điểm khi sử dụng nguồn năng lượng gió
Bên cạnh những ưu điểm ở trên, việc sử dụng năng lượng gió còn tồn tại một số hạn chế sau:
Đe dọa động vật hoang dã: Khi lắp đặt tuabin gió, nguy cơ về mất an toàn cho các loài động vật đã được cảnh báo. Các loài chim hay các sinh vật khác có thể bay vào khu vực khi các tua bin đang hoạt động. Trường hợp này rất dễ gây tai nạn và ảnh hưởng đến môi trường sống tự nhiên của chúng.
Chi phí lắp đặt cao: Hệ thống tua bin được xây dựng trên dây chuyền công nghệ cao. Chính vì thế, mức chi phí lắp đặt cho toàn bộ hệ thống là không hề rẻ.
Ô nhiễm tiếng ồn: Khi vận hành tuabin gió có thể tạo ra âm thanh ở mức 50-60 decibel – ngưỡng âm thanh con người có thể nghe được. Nhưng đối với cả một hệ thống thì chúng tôi không dám chắc về sự êm ái của nó khi hoạt động. Rất có thể chúng có thể gây phiền toái cho các hộ dân khác.
Mức cảnh báo về an toàn cho người dân: Do được lắp đặt ngoài trời, nên các tuabin rất dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường tự nhiên. Gặp điều kiện thời tiết bất lợi như gió bão mạnh có thể gây thiệt hại cho chúng. Lưỡi dao bị trục trặc có thể gây nguy cơ mất an toàn cho người dân gần đó.
Hạn chế về vị trí lắp đặt: Năng lượng gió chỉ thích hợp ở các vị trí có tốc độ gió cao. Khi xây dựng, người dân đã tính toán và thiết lập kỹ lưỡng. Thông thường những nơi thích hợp đó là vùng sâu vùng xa.
Liệu nguồn điện gió có thay thế được cho năng lượng truyền thống
Thỏa thuận Mới Xanh là một gói luật được đề xuất của Hoa Kỳ nhằm giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu và bất bình đẳng kinh tế.
Thỏa thuận Mới Xanh kết hợp cách tiếp cận kinh tế của cựu tổng thống Mỹ Roosevelt với những ý tưởng hiện đại như năng lượng tái tạo và hiệu quả tài nguyên với một trong số đó là chuyển đổi 100% sang các nguồn tài nguyên tái tạo. Liệu điều này có khả thi hay không?
Một cuộc nghiên cứu của Viện Năng lượng Mỹ đã chỉ ra rằng, giá so sánh tiêu chuẩn của điện năng từ nguồn năng lượng tái tạo mới (điện gió và điện mặt trời) cao hơn trên 2 lần so với giá điện từ các nguồn năng lượng truyền thống.
Việc chuyển đổi sản xuất điện từ các nhà máy điện có giá cả phải chăng và đáng tin cậy sang các nguồn năng lượng mặt trời và gió tốn kém và không ổn định sẽ làm tăng đáng kể chi phí điện cho các doanh nghiệp và gia đình. Nghiên cứu này cung cấp cơ hội để kiểm tra thực tế cho những người đưa ra quyết định liên quan đến chính sách năng lượng của Mỹ.
Có lẽ, ở thời điểm hiện tại, việc thay thế hoàn toàn các nguồn năng lượng hóa thạch bằng năng lượng tái tạo là chưa thể, cần tiếp tục có những nghiên cứu, phát triển nhằm tối ưu hóa chi phí, hiệu năng sử dụng.
Thực trạng khai thác năng lượng gió ở Việt Nam
Thế giới đang đối mặt với nguy cơ thiếu hụt điện, Việt Nam cũng không ngoại lệ. Ngày 25/11/2015, Thủ tướng Chính phủ cũng đã phê duyệt Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo của Việt Nam. Chiến lược này đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050.
Trong các quốc gia lân cận là Thái Lan, Việt Nam, Lào và Campuchia. Thì Việt Nam là nơi có tiềm năng phát triển năng lượng gió nhất. Nước ta có đến 8,6% diện tích có tiềm năng từ tốt đến rất tốt để có thể xây dựng những trạm điện gió cỡ lớn.
Vị trí địa lý của Việt Nam cực kỳ thuận lợi cho việc đầu tư và phát triển năng lượng gió. Việt Nam nằm gần xích đạo nên có khí hậu khô, gió nhiều. Hướng gió ở các tỉnh thuộc Nam Trung Bộ rất ổn định. Tốc độ gió trung bình tại Biển Đông khá mạnh và có sự thay đổi theo mùa
Việc tập trung nguồn lực vào việc khai thác các nguồn năng lượng tái tạo giúp giảm áp lực cho ngành nhiệt điện và các dự án điện hạt nhân. Nhà nước cũng tạo điều kiện cho các nhà đầu tư khi có những ưu đãi về xây dựng nhà máy và giá bán điện cho Điện lực nhà nước.
Trung bình, tốc độ tăng trưởng của sản lượng điện ở nước ta trong 20 năm trở lại đây là rất cao. Nó tăng 12 đến 13% mỗi năm, gấp đôi tốc độ tăng trưởng của tổng sản phẩm quốc nội (GDP). Tiềm năng điện gió của của nước ta ước tính đạt 513.360 MW. Nó tương đương hơn 200 lần công suất của nhà máy thủy điện Sơn La.
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. Đứng trước thách thức thiếu hụt điện (không nằm ngoài xu thế chung của toàn cầu), chúng ta cần cân nhắc những biện pháp ứng xử thích hợp.
Một số nhà máy điện gió lớn ở nước ta hiện nay:
- Nhà máy năng lượng điện gió Trung Nam (Ninh Thuận)
- Nhà máy điện gió Ninh Thuận (Ninh Thuận
- Nhà máy điện gió Chính Thắng (Ninh Thuận)
- Nhà máy điện gió Mũi Dinh (Ninh Thuận)
- Nhà máy điện gió Đầm Nại (Ninh Thuận)
- Nhà máy điện gió Bạc Liêu (Bạc Liêu)
- Nhà máy năng lượng gió Phú Quý (Bình Thuận)
Năng lượng gió hiện nay là một nguồn năng lượng tiềm năng, có những ưu điểm lớn về mặt chi phí, môi trường,..bên cạnh đó vẫn tồn tại một số hạn chế cần được cải thiện. Mong rằng, thông qua bài viết của Thiết bị điện Goldsun, các bạn đã có thêm những thông tin cần thiết về năng lượng gió là gì và có thể cân nhắc cũng như ứng dụng những lợi ích của nguồn năng lượng xanh này vào cuộc sống.
