Luận văn Nâng cao chất lượng điện năng của các nguồn phân tán có bộ chuyển đổi DC/AC (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nâng cao chất lượng điện năng của các nguồn phân tán có bộ chuyển đổi DC/AC (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẢO VĂN HOAN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG CỦA CÁC NGUỒN PHÂN TÁN CÓ BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/AC. NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 S K C0 0 4 7 2 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẢO VĂN HOAN NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG CỦA CÁC NGUỒN PHÂN TÁN CÓ BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/AC. NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60 520202 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ MINH PHƢƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 i
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Trảo Văn Hoan Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 26/06/1990 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Bình Định Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Trƣờng Thạnh – Cát Tiến – Bình Định Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0934320226 E-mail: tvhoanspkt@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến /. Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: chính quy Thời gian đào tạo từ 9/2008 đến 01/2013 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học sƣ phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Điện công nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: “nghiên cứu bù công suất phản kháng cho động cơ không đồng bộ bapha vận hành trên lƣới một pha” Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 14/01/2013 tại trƣờng đại học sƣ phạm kỹ thuật Tp.HCM Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS Trƣơng Việt Anh i
4. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời Nơi công tác Công việc đảm nhiệm gian 3/2013- Công ty nhựa thiếu niên tiền Nhân viên công nghệ 8/2014 phong phía nam 8/2014 Công ty wonderfull Saigon Nhân viên kỹ thuật đến nay electric ii
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 03 năm 2015 Trảo Văn Hoan iii
6. LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Lê Minh Phƣơng, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Xin cám ơn các Thầy Cô trong khoa Điện-Điện Tử trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã cho tôi nền tản kiến thức – tri thức quí báu để hoàn thành luận văn này. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ, ngƣời thân đã luôn ở bên động viên rất nhiều để tôi hoàn thành chƣơng trình học này. Trảo Văn Hoan. iv
7. TÓM TẮT Luận văn này trình bày một phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng điện năng của nguồn điện phân tán có sử dụng các bộ chuyển đổi DC/AC. Luận văn trình bày chi tiết phƣơng pháp bù điện áp offset DC tồn tại trong các bộ nghịch lƣu hòa lƣới bằng cách sử dụng hệ đồng bộ tham chiếu dựa trên cơ sởvòng khóa pha SFR-PLL. SFR- PLL có chức năng ƣớc lƣợng nhanh và chính xác tần số, góc pha và biên độ điện áp lƣới. Chiến lƣợc điều khiển offset DC trong luận văn có xem xét đến lƣợng điện áp DCkhác nhau khi tham gia vào lƣới. Khi giả thiết rằng điện áp DC không tồn tại, kỹ thuật điều khiển offset DC là tƣơng đƣơng với kỹ thuật SOGI đƣợc áp dụng trƣớc đây. Tuy nhiên, dựa trên cơ sở SOGI, với sự tồn tại của điện áp DC trong lƣới điện, kỹ thuật đề nghị mang lại nhiều sự khác biệt. Sau khi đánh giá các kết quả mô phỏng, mô hình thực nghiệm cho thấy phƣơng pháp mang lại tính hiệu quả, đáp ứng nhanh về mặt thời gian, một giải pháp ý nghĩa cho các bộ nghịch lƣu hòa lƣới trong việc giảm thiểu sóng hài, khử điện áp nhiễu. Hơn thế nữa, phƣơng pháp điều khiển với thuật toán đơn giản nên sai số đƣợc giảm thiểu nhỏ nhất đảm bảo duy trì sự ổn định của hệ thống. Nội dung của luận văn này đặt nền móng cho sự nghiên cứu và phát triển sâu hơn đối với lĩnh vực điều khiển đồng bộ của bộ biến đổi công suất nối lƣới, có thể áp dụng cho các bộ nghịch lƣu nối lƣới cũng nhƣ điều khiển động cơ. v
8. ABSTRACT This thesis presents a method for improving power quality of distributed power sources that use the adapter DC / AC. In the thesis, I presented detailed methods Offset DC offset voltage exists in the grid inverters.The grid-connected inverters that use synchronous reference frame based phase-locked loop SRF-PLL are applied very popular. The function of SRF-PLLs is fast and accurate estimation of frequency, phase angle, and magnitude of grid voltage. The power quality of the current injected into the grid depends on these estimated parameters. The measurements or processes of data conversion can typically introduce the dc offset in the measured grid voltage. The dc offset is one of the reasons for causing errors for the estimated parameters of the grid voltage and causes injected current with harmonic distortions. This thesis presents a technique of dc offset compensation for SRF-PLL based on the Second Order Genralized Integrator (SOGI). The simulation and experimental results validated the performance of the proposed technique. The content of this thesis laid the foundation for research and development in the field deeper synchronous control of power converters connected to the grid, which can apply to off-grid inverters and controllers motor. vi
9. MỤC LỤC Trang tựa Trang Xác nhận giáo viên hƣớng dẫn Quyết định giao đề tài LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CÁC HÌNH x DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xiii Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1 1.1. GIỚI THIỆU 1 1.1.1. Tình hình phát triển năng lƣợng tái tạo trên thế giới 1 1.1.2. Tình hình phát triển năng lƣợng tái tạo ở việt nam 3 1.1.2.1. Thủy điện nhỏ 4 1.1.2.2. Năng lƣợng gió 4 1.1.2.3. Năng lƣợng sinh khối 5 1.1.2.4. Năng lƣợng mặt trời 6 1.1.2.5. Năng lƣợng địa nhiệt 7 1.2. GIỚI THIỆU CÁC ỨNG DỤNG PLL TRONG ĐỒNG BỘ LƢỚI ĐIỆN 10 1.2.1. Kỹ thuật tạo trễ ¼ chu kỳ 11 1.2.2. PLL dựa trên cơ sở biến đổi Hilbert 11 vii
10. 1.2.3. PLL trên cơ sở chuyển đổi park ngƣợc 12 1.2.4. PLL trên cơ sở sử dụng bộ lọc 16 1.2.4.1. PLL cải tiến 17 1.2.4.2. Bộ lọc thích nghi hai cấp 20 1.3. TÍNH CẤP THIẾT 22 1.4. MỤC TIÊU LUẬN VĂN 23 1.5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LUẬN VĂN 23 1.6. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN 23 1.7. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LUẬN VĂN 23 1.8. GIÁ TRỊ KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CỦA LUẬN VĂN 24 1.9. HIỆU QUẢ NGHIÊN CỨU LUẬN VĂN 24 1.10. KẾT LUẬN 24 1.11. BỐ CỤC LUẬN VĂN 24 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 25 2.1. GIỚI THIỆU VỀ PHASE-LOCKED-LOOP 25 2.1.1. Cấu trúc cơ bản vòng khóa pha 25 2.1.2. Phƣơng trình cơ bản của PLL 26 2.1.3. Đáp ứng PLL 27 2.1.4. Thông số quan trọng của một PLL 28 2.2. PHÁT HIỆN PHA DỰA TRÊN CƠ SỞ PHÁT TÍN HIỆU TRỰC GIAO 29 2.3. TÍCH PHÂN SUY RỘNG CẤP 2 35 Chƣơng 3: XÂY DỰNG VÕNG KHÓA PHA SỬ DỤNG KỸ THUẬT SOGI VÀ KỸ THUẬT SOGI CẢI TIẾN 40 3.1. XÂY DỰNG VÕNG KHÓA PHA SỬ DỤNG KỸ THUẬT SOGI 40 viii
11. 3.1.1.PLL trên cơ sở SOGI 40 3.1.2.Kết quả mô phỏng tái hiện phƣơng pháp OSG - SOGI 44 3.1.3.Nhận xét kết quả mô phỏng 53 3.2. KỸ THUẬT SOGI CẢI TIẾN 53 3.2.1.Cơ sở khoa học 53 3.2.2.Kỹ thuật SOGI cải tiến đề nghị 55 3.2.3.KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 63 3.2.4.NHẬN XÉT KẾT QUẢ 71 Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 73 4.1. KẾT LUẬN 73 4.2. KHUYẾN NGHỊ 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 ix
12. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 1.1: Công suất phát điện xây dựng năm 2010 ( không kể thủy điện nhỏ) Đơn vị GW 2 Hình 1.2: Hình ảnh phát triển năng lƣợng gió 5 Hình 1.3: Hình ảnh phát triển năng lƣợng mặt trời 7 Hình 1.4: Hình ảnh PLL dựa trên cơ sở tạo trễ T/4 11 Hình 1.5: Hình ảnh PLL dựa trên cơ sở biến đổi Hilbert 12 Hình 1.6: PLL trên cơ sở chuyển đổi Park ngƣợc 13 Hình 1.7: Đáp ứng tần số của QSG trên cơ sở chuyển đổi Park ngƣợc 14 Hình 1.8: Đáp ứng của PLL chuyển đổi Park ngƣợc thể hiện góc nhảy pha của tín hiệu vào 15 Hình 1.9: Biểu diễn vector của tín hiệu ngõ ra QSG 15 Hình 1.10: Hệ thống lọc thích nghi 17 Hình 1.11: Sơ đồ khối của thuật toán LMS với một trọng số thích nghi của hệ thống ANC 17 Hình 1.12: Sơ đồ khối PLL cải tiến (EPLL) 18 Hình 1.13: Đáp ứng của EPLL trong sự có mặt của bƣớc nhảy pha tín hiệu vào 19 Hình 1.14: (a) ANF trên cơ sở thuật toán LMS với hai trọng số thích nghi và (b) sơ đồ khối của AF hai cấp trên miền thời gian 21 Hình 2.1: Cấu trúc cơ bản của PLL 25 Hình 2.2: Sơ đồ khối các thành phần PLL 25 Hình 2.4: Đáp ứng bƣớc của các thành phần PLL 28 Hình 2.5: Quá trình đồng bộ của PLL 30 Hình 2.6: Sơ đồ khối PLL với ý tƣởng trực giao PD 31 Hình 2.7: đáp ứng quá độ của PLL với trực giao PD 32 Hình 2.8: PD trên cơ sở tín hiệu phát tín hiệu trực giao và chuyển đổi Park 33 x
13. Hình 2.9: Biểu diễn vector QSG của tín hiệu ngõ ra 34 Hình 2.10: PLL với LF trên trục q của QSG 34 Hình 2.11: Đáp ứng của GI với (a) sine thuần ngõ vào thuần sine/cosine ngõ vào 35 Hình 2.12: (a) AF hai cấp trên cơ sở GI và (b) AF hai cấp trên cơ sở SOGI (SOGI-QSG) 36 Hình 2.13: Đáp ứng SOGI-QSG (ts = 20.7ms, k = 2 ) 38 Hình 3.1: Sơ đồ khối của SOGI dựa trên PLL (SOGI-PLL) 40 Hình 3.2: Vòng khóa pha sử dụng kỹ thuật SOGI 41 Hình 3.3: Đáp ứng giản đồ Bode của Gd(s) 42 Hình 3.4: Đáp ứng giản đồ Bode của Gq(s) 43 Hình 3.5: a) Sơ đồ SOGI trên matlab simulink b) Dạng sóng điện áp ngõ vào 45 Hình 3.6: Sơ đồ mô phỏng matlab Simulink cho SOGI ở chế độ không có 46 thành phần offset DC 46 Hình 3.7: Khối repeating Sequence 1 và thông số cài đặt 47 Hình 3.8: Dạng sóng điện áp khi không có thành phần offset DC 47 Hình 3.9: Các thông số ƣớc lƣợng khi không có thành phần offset DC 48 Hình 3.10: Sơ đồ mô phỏng matlab Simulink cho SOGI ở chế độ có 5% offset DC 49 Hình 3.11: Dạng sóng điện áp khi có thành phần offset DC 50 Hình 3.12: Điệp áp qv‟ thay đổi theo thành phần offset DC 51 Hình 3.13: Các thông số ƣớc lƣợng khi có thành phần offset DC 52 Hình 3.14: Kỹ thuật SOGI cải tiến sử dụng bộ lọc thông thấp 54 Hình 3.15: Kỹ thuật đề xuất 56 Hình 3.16:Sơ đồ khối OE trong matlab 56 Hình 3.17: Khối OE xác định điện áp offset DC cho qv‟ 57 Hình 3.18: Sơ đồ mô phỏng trên Matlab/Simulink OE-SOGI 60 Hình 3.19: Sơ đồ đƣa khối Max_detector vào mạch 61 Hình 3.20: Dạng sóng qv‟ khi có điện áp offset DC 61 xi
14. Hình 3.21: Dạng sóng điện áp qv‟ khi có offset DC 62 Hình 3.22: Sơ đồ mô phỏng chế độ không có bộ OE 64 Hình 3.23: Dạng sóng các điện áp khi không có bộ OE 65 Hình 3.24: Sơ đồ mô phỏng có sử dụng OE-SOGI với sự có mặt điện áp offset 66 Hình 3.25: Dạng sóng của |qv‟| và offset xác định đƣợc 67 Hình 3.26: Dạng sóng đƣợc phóng to tại các đỉnh của |qv‟| 67 Hình 3.27: Dạng sóng các điện áp khi có khối OE 68 Hình 3.28: Dạng sóng qv‟ không bù (màu đỏ) và có bù (màu xanh) offset DC 69 Hình 3.29: Tần số ƣớc lƣợng đƣợc của SOGI và OE – SOGI 69 Hình 3.30: Dạng sóng θ‟ ƣớc lƣợng đƣợc 70 Hình 3.31: Biên độ điện áp ƣớc lƣợng đƣợc 71 xii
15. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT NLTT: Năng lƣợng tái tạo NLMT: Năng lƣợng mặt trời GW: Gigawatt. UNEP: United nations environment programme. TOE: Số tấn dầu tƣơng đƣơng. PLL: Phase lock loop SOGI-PLL: Second-order generalized integrator Phase lock loop. FIR – IIR: Finite impulse response - infinite impulse response. LPF: Low-pass filter LF: Loop fillter ANC-ANF: Adaptive filter - Adaptive noise cancelling. LMS: Least mean squares DSP: Digital signal programed. SOGI: Second-order generalized integrator VCO: Voltage-controlled oscillator GI: Generalized integrator SOGI-QSG: Second-order generalized integratorquadrature signal Generator OE: Offset DC Estimation. xiii
16. Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1. GIỚI THIỆU 1.1.1. Tình hình phát triển năng lƣợng tái tạo trên thế giới [1] Hiện nay bức tranh kinh tế thế giới đang rất ảm đạm do cuộc khủng hoảng nặng nề ở Mỹ và châu Âu. Thế nhƣng thị trƣờng năng lƣợng tái tạo (NLTT) thế giới nói chung và thị trƣờng Âu - Mỹ nói riêng vẫn phát triển liên tục và mạnh mẽ. Trong giai đoạn 2005 - 2010, tổng công suất NLTT gồm điện mặt trời, điện gió, nhiệt điện, nƣớc nóng năng lƣợng mặt trời (NLMT) và nhiên liệu sinh học tăng với tốc độ trung bình từ khoảng 15% đến gần 50% hàng năm. Đặc biệt, trong giai đoạn này, điện mặt trời tăng với tốc độ nhanh nhất. Tiếp theo là nhiên liệu sinh học và điện gió. Thủy điện nhỏ, điện và nhiệt sinh khối (SK), điện và địa nhiệt tăng với tốc độ trung bình trong khoảng 3 - 9%/ năm. Ở một số nƣớc, tốc độ tăng đối với các công nghệ này đã vƣợt xa tốc độ trung bình toàn cầu nói trên. Năm 2009, NLTT đã cung cấp trên 16% tổng tiêu thụ NL cuối cùng trên thế giới. Tổng công suất phát điện NLTT trên thế giới đến năm 2010 là 4.950 Gw, chiếm khoảng 25% tổng công suất phát điện và cung cấp gần 20% điện năng trên toàn cầu, trong đó thủy điện nhỏ chiếm một tỷ lệ rất lớn (16,1%). Nếu không kể thủy điện nhỏ thì tổng công suất phát điện NLTT là 312 Gw, tăng 25% so với 2009 (250 Gw), trong đó phát điện NL gió tăng nhanh nhất, với công suất lắp thêm năm 2010 là 39 Gw, tiếp theo điện mặt trời tăng 17 GW. Các nƣớc dẫn đầu về công suất phát điện NLTT đến cuối năm 2010 (không kể thủy điện nhỏ) là Trung Quốc, Mỹ, Canada, Brazin, Ấn độ và Đức hình 1. Ở Mỹ, phát điện NLTT chiếm khoảng 25% tổng công suất lắp đặt thêm trong năm 2010 và chiếm 11,6% tổng công suất phát điện đến cuối 2010, cung cấp khoảng trên 10,3% tổng điện sinh hoạt. 1
17. Hình 1.1 Công suất phát điện xây dựng năm 2010 (không kể thủy điện nhỏ) Đơn vị Gw Mỹ cũng là quốc gia đứng thứ 2 thế giới với 38,3 triệu USD đầu tƣ cho năng lƣợng tái tạo, tăng 7% so với năm 2013. Nhiều công ty, tập đoàn lớn tại Mỹ nhƣ General Motors, Walmart, Apple, Johnson & Johnson, Crayola và Google đều đang xây dựng và đƣa vào hoạt động các trang trại năng lƣợng mặt trời để cung cấp điện cho hoạt động sản xuất và kinh doanh. Năm 2014, Liên minh châu Âu (EU) đã cam kết giảm 20 % lƣợng khí thải gây hiệu ứng nhà kính; thay vào đó là sử dụng 20 % các nguồn năng lƣợng tái tạo để sản xuất điện từ nay đến năm 2020. Năng lƣợng tái tạo đƣợc sản xuất và tiêu thụ mạnh nhất từ 2004 - 2012 ở châu Âu với các quốc gia đi đầu là Thụy Điển, Đan Mạch và Áo. Pháp cũng ghi nhận đƣợc nỗ lực rất lớn khi từ 2007 - 2014, tỷ lệ năng lƣợng tái tạo của nƣớc này tăng từ 9,3% lên 13,4%. Đến đầu năm 2014, thêm 95 quốc gia đang phát triển đã có những chính sách hỗ trợ năng lƣợng tái tạo tại chỗ - tăng từ 15 quốc gia năm 2005, theo báo cáo toàn cầu của mạng lƣới chính sách năng lƣợng tái tạo thế kỷ 21 (REN21). 2014 đƣợc coi là một năm kỷ lục của thế giới trong nỗ lực hƣớng tới sử dụng các nguồn năng lƣợng sạch với tổng cộng 144 quốc gia đã ban hành các chính sách và mục tiêu trong lĩnh vực này. Đây cũng là năm năng lƣợng tái tạo chiếm gần một nửa công suất điện lƣới lắp đặt thêm trên toàn thế giới, đạt 103 Gw, tăng mạnh so với 86 Gw năm 2013. Trung Quốc là quốc gia đầu tƣ vào năng lƣợng tái tạo lớn nhất trong năm 2014, với 83,3 triệu USD, tăng 39% so với năm 2013. Các quốc gia nhƣ Brazil, Ấn 2
18. Độ và Nam Phi nằm trong tốp 10 nƣớc đầu tƣ hàng đầu, với mức đầu tƣ lần lƣợt là 7,6 tỷ USD; 7,4 tỷ USD và 5,5 tỷ USD. Bên cạnh việc mở rộng lắp đặt hệ thống năng lƣợng mặt trời, Trung Quốc đang lên kế hoạch sẽ lắp đặt trạm năng lƣợng mặt trời khổng lồ trên quỹ đạo, ở độ cao 36.000 km so với mặt đất, vào năm 2050. “Tổng diện tích các tấm pin năng lƣợng Mặt Trời sẽ trải rộng 5-6 km2”, Wang Xiji, một chuyên gia của Viện Khoa học Trung Quốc cho biết. Nhật Bản là quốc gia đứng thứ 3 về đầu tƣ cho năng lƣợng xanh với 35,7 triệu USD với những chính sách giảm thuế cho các dự án năng lƣợng tái tạo. Đầu năm nay, tập đoàn Kyocera của Nhật Bản cho biết sẽ xây dựng một nhà máy dựa trên 50.000 module thu năng lƣợng mặt trời nổi trên mặt hồ chứa của đập Yakamura, ƣớc tính tạo ra hơn 15,6 Mwh mỗi năm, đủ cung cấp điện cho trung bình 4.700 hộ gia đình. Điện mặt trời cũng đóng một vai trò quan trọng trong cam kết của Chính phủ Ấn Độ nhằm cung cấp điện đầy đủ 24/24 trong ngày trên phạm vi toàn quốc. Năm 2014, công suất điện mặt trời của nƣớc này là 2.500 Mw và đang phấn đấu tăng gấp đôi trong gian đoạn 2014-2015. Trong bối cảnh nền kinh tế thế giới còn nhiều bất ổn, tổng đầu tƣ cho năng lƣợng tái tạo ở các nền kinh tế phát triển chỉ tăng 3% lên 138,9 tỷ USD. Thậm chí, tính cả việc phát triển mạnh phong điện ngoài khơi thì các khoản đầu tƣ vào năng lƣợng tái tạo ở châu Âu hầu nhƣ không thay đổi, dừng ở mức 57,5 tỷ USD. Trong đó, nổi bật là dự án Gemini, trang trại phong điện xa bờ ở ngoài khơi Hà Lan công suất 600 Mw. Báo cáo "Xu hƣớng đầu tƣ năng lƣợng tái tạo toàn cầu" của chƣơng trình môi trƣờng liên hợp quốc (UNEP) công bố ngày 31/3/2015 cho thấy đầu tƣ cho năng lƣợng tái tạo toàn cầu đã phục hồi mạnh mẽ trong năm 2014, lên tới 270 tỷ USD - tăng 17% so với năm trƣớc đó [2]. 1.1.2. Tình hình phát triển năng lƣợng tái tạo ở việt nam [3] Việt Nam là một trong những nƣớc có tiềm năng rất lớn về nguồn năng lƣợng tái tạo phân bố rộng khắp trên toàn quốc. Ƣớc tính tiềm năng sinh khối từ các 3
19. sản phẩm hay chất thải nông nghiệp có sản lƣợng khoảng 10 triệu tấn dầu/năm. Khí sinh học xấp xỉ 10 tỉ m3 năm có thể thu đƣợc từ rác, phân động vật và chất thải nông nghiệp. Nguồn năng lƣợng mặt trời phong phú với bức xạ nắng trung bình là 5 Kwh/m2/ngày. Bên cạnh đó, với vị trí địa lý hơn 3.400 km đƣờng bờ biển giúp Việt Nam có tiềm năng rất lớn về năng lƣợng gió ƣớc tính khoảng 500-1000 Kwh/m2/năm. Những nguồn năng lƣợng tái tạo này đƣợc sử dụng sẽ đáp ứng đƣợc nhu cầu năng lƣợng ngày càng tăng nhanh. Hiện trạng sử dụng và tiềm năng khai thác năng lƣợng tái tạo của Việt Nam trong những năm qua đƣợc trình bày ở phần sau. 1.1.2.1. Thủy điện nhỏ Nhìn vào cơ cấu đóng góp trong ngành điện thì thủy điện vẫn đang chiếm tỷ trọng rất lớn. Tuy nhiên, sản lƣợng điện từ các nhà máy thủy điện thƣờng không ổn định vì phụ thuộc rất nhiều vào lƣu lƣợng nƣớc đổ về cũng nhƣ lƣợng nƣớc tích ở các hồ thủy điện. Với thủy điện nhỏ, thời gian qua đã khai thác khoảng 50% tiềm năng, các nguồn còn lại ở các vùng sâu, vùng xa, khu vực không thuận lợi, chi phí khai thác cao. Theo các báo cáo đánh giá gần đây nhất thì hiện nay có trên 1.000 địa điểm đã đƣợc xác định có tiềm năng phát triển thủy điện nhỏ, qui mô từ 100 Kw tới 30 Mw với tổng công suất đặt trên 7.000 Mw, các vị trí này tập trung chủ yếu ở vùng núi phía Bắc, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. 1.1.2.2. Năng lƣợng gió Nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam có một thuận lợi cơ bản để phát triển năng lƣợng gió. So sánh tốc độ gió trung bình trong vùng biển Đông Việt Nam và các vùng biển lân cận cho thấy gió tại biển Đông khá mạnh và thay đổi nhiều theo mùa. Trong chƣơng trình đánh giá về năng lƣợng cho châu Á, Ngân hàng Thế giới đã có một khảo sát chi tiết về năng lƣợng gió khu vực Đông Nam Á, trong đó Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất với tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ƣớc đạt 513.360 Mw tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020. Tất nhiên, để chuyển từ tiềm năng lý thuyết thành tiềm năng có thể khai thác, đến tiềm năng kỹ thuật và cuối cùng thành tiềm năng kinh tế là cả một câu chuyện dài, 4
20. 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. Hình 1.2 Hình ảnh phát triển năng lƣợng gió 1.1.2.3. Năng lƣợng sinh khối Với lợi thế một quốc gia nông nghiệp, Việt Nam có nguồn sinh khối lớn và đa dạng từ gỗ củi, trấu, bã cà phê, rơm rạ và bã mía. Phế phẩm nông nghiệp rất phong phú dồi dào ở Vùng đồng bằng sông Mê kông, chiếm khoảng 50% tổng sản lƣợng phế phẩm nông nghiệp toàn quốc và vùng đồng bằng sông Hồng với 15% tổng sản lƣợng toàn quốc. Hàng năm tại Việt Nam có gần 60 triệu tấn sinh khối từ phế phẩm nông nghiệp, trong đó 40% đƣợc sử dụng đáp ứng nhu cầu năng lƣợng cho hộ gia đình và sản xuất điện. Các nguồn sinh khối khác bao gồm sản phẩm từ gỗ, chất thải đô thị và chất thải gia súc. Các sản phẩm và phế phẩm từ gỗ tại các công ty sản xuất chế biến gỗ có nguồn gốc từ rừng tự nhiên hoặc rừng trồng và gỗ nhập khẩu. Hiện nay, 90% sản lƣợng sinh khối đƣợc dùng để đun nấu trong khi chỉ có 2% đƣợc dùng làm phân bón hữu cơ và phân bón vi sinh (từ nguồn phế phẩm chăn nuôi trồng trọt, bùn và bã mía từ các nhà máy đƣờng); 0,5% đƣợc sử dụng để trồng nấm và khoảng 7,5% chƣa đƣợc sử dụng (phế phẩm từ chế biến thức ăn đƣợc chọn 5
21. trong khi rơm rạ, bã mía và vỏ cà phê thì đƣợc đốt. Sinh khối đƣợc sử dụng ở hai lĩnh vực chính là sản xuất nhiệt và sản xuất điện. Đối với sản xuất nhiệt, sinh khối cung cấp hơn 50% tổng năng lƣợng sơ cấp tiêu thụ cho sản xuất nhiệt tại Việt Nam (IEA, 2006). Tuy nhiên phần đóng góp này của sinh khối đang ngày càng giảm dần trong những năm gần đây khi các dạng năng lƣợng hiện đại khác nhƣ khí hoá lỏng LPG đƣợc đƣa vào sử dụng. Ở các vùng nông thôn, năng lƣợng sinh khối vẫn là nguồn nhiên liệu chính để đun nấu cho hơn 70% dân số nông thôn. Đây cũng là nguồn nhiên liệu truyền thống cho nhiều nhà máy sản xuất tại địa phƣơng nhƣ sản xuất thực phẩm, mỹ nghệ, gạch, sứ và gốm. Bên cạnh việc đáp ứng nhu cầu năng lƣợng, ứng dụng sinh khối phù hợp còn giúp giảm thiểu phát thải nhà kính, giảm thiểu những tổn hại đến sức khoẻ do việc đun đốt củi và than, giảm nghèo và cải thiện tình hình vệ sinh. 1.1.2.4. Năng lƣợng mặt trời Việt Nam đƣợc xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về năng lƣợng mặt trời, đặc biệt ở các vùng miền trung và miền nam của đất nƣớc, với cƣờng độ bức xạ mặt trời trung bình khoảng 5 Kwh/m2. Trong khi đó cƣờng độ bức xạ mặt trời lại thấp hơn ở các vùng phía Bắc, ƣớc tính khoảng 4 Kwh/m2 do điều kiện thời tiết với trời nhiều mây và mƣa phùn vào mùa đông và mùa xuân. Ở Việt Nam, bức xạ mặt trời trung bình 230 - 250 Kcal/cm2 theo hƣớng tăng dần về phía Nam chiếm khoảng 2.000 - 5.000 giờ trên năm, với ƣớc tính tiềm năng lý thuyết khoảng 43,9 tỷ TOE. Năng lƣợng mặt trời ở Việt Nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nƣớc. Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền trung và miền nam là khoảng 300 ngày/năm. Năng lƣợng mặt trời đƣợc khai thác sử dụng chủ yếu cho các mục đích nhƣ: sản xuất điện và cung cấp nhiệt. 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4