Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ sáu, 24/08/2012 22:17 (GMT+7)

Biến đổi năng lượng gió và sự phát triển của tuabin gió

Các tuabin gió đầu tiên được sử dụng để chuyển đổi năng lượng khác như cối xay gió, được sử dụng để bơm nước, xay ngũ cốc… được xây dựng vào năm 1887 bởi Giáo sư James Blyth của trường Đại học Anderson College, Glassgow (nay là Strathclyde University). Thí nghiệm của Blyth có ba thiết kế tuabin khác nhau với trụ cao 10 mét (33 foot), cánh bằng khung gỗ bọc vải, được ông thử nghiệm lắp đặt tại khu vườn trong trang trại riêng của ông tại Marykirk một làng nhỏ thuộc Quận Kincardineshire (một quận nằm trên bờ biển phía đông bắc Scotland), và tuabin gió đầu tiên này đã hoạt động trong suốt 25 năm sau đó. Phát minh Blyth đã đánh dấu buổi bình minh của sự phát triển tuabin gió với đặc trưng là thiết kế cánh quạt gồm 144 cánh đơn làm từ gỗ tùng tuyết, cánh quạt có đường kính quay 17m và tạo ra công suất 12kW (hình 1).

Năm 1890 Poul la Cour nhà khoa học người Đan Mạch hoàn chỉnh các thiết kế của mình và tuabin gió lần đầu tiên được lắp đại trà tại Đan Mạch với 2.500 chiếc, tổng công suất ước tính tối đa đạt khoảng 30 MW. Các tuabin gió của la Cour không những chỉ dùng vào sản xuất điện mà còn được sử dụng trong việc sản xuất hydro.

Kể từ đó, tuabin gió đã được lắp đặt bởi hàng triệu người trên thế giới, đặc biệt là ở vùng Trung tây Hoa Kỳ, nơi mà những nông trại đã sử dụng các máy bơm điện để phục vụ thủy lợi và tưới tiêu. Năm 1931, tuabin gió hiện đại đầu tiên có trục quay nằm ngang đã được đưa vào sử dụng tại Yalta, Liên Xô cũ. Đó là một máy phát điện công suất lớn 100 kW được lắp đặt trên một tháp cao 30m, máy phát điện này cũng lập kỷ lục về hệ số công suất (tỷ lệ giữa công suất thực tế và công suất tối đa thiết kế) cho tuabin gió là 32% vào thời điểm đó. Năm 1941 lần đầu tiên trên thế giới một tuabin gió công suất 1.25 MW đã hòa lưới điện tại Grandpa’s Knob thuộc vùng Castleton bang Virgina Hoa Kỳ.

Tuabin gió hiện đại đầu tiên được xây dựng ở Đan Mạch khoảng giữa những năm 1950. Theo Hiệp hội Công nghiệp Gió Đan Mạch (DWIA), 200 tuabin gió hiệu Gedser công suất 200 kW (hình 2) được xây dựng vào năm 1956 bởi kỹ sư Johannes Juul của công ty Điện lực SEASS trên bờ biển Gedser ở phía nam Đan Mạch. Thiết kế ba cánh gió với cơ cấu tự động điều khiển góc đón gió của tuabin cùng máy phát điện không đồng bộ của tuabin Gedser theo một cơ quan chức năng nhận xét là một “thiết kế tiên phong cho các tuabin gió hiện đại, mặc dù cánh quạt với dây chằng trông có vẻ hơi cổ điển”. Hệ thống phanh điều tốc (stall - controlled) của tuabin mà Juul phát minh là hệ thống phanh khí động lực được lắp ở đầu chóp tâm cánh quạt nó được kích hoạt bởi lực ly tâm trong trường hợp tuabin quay quá tốc độ. Về cơ bản hệ thống của Juul giống như hệ thống điều tốc của các tuabin gió hiện đại ngày nay. Tuabin của Juul đã chạy liên tục 11 năm mà không cần bảo dưỡng.

Việc sử dụng năng lượng điện gió được thổi một luồng sinh khí mới sau cuộc khủng hoảng dầu lửa thế giới đầu tiên vào năm 1973. Các nước như Đan Mạch, Đức, Thụy Điển, Anh và Mỹ đua nhau thiết kế các tuabin lớn hơn. Năm 1979, các kỹ sư Đan Mạch đã lắp đặt thành công 2 tuabin gió với công suất 630 kW một chiếc với hệ thống tự động điều khiển góc nghiêng cánh quạt (Pitch - controlled) và hệ thống phanh điều tốc (Stall - controlled) hiện dại. Tuy vậy, Hiệp hội Công nghiệp Gió Đan Mạch (DWIA) than thở “Mặc dù hiện đại và lớn nhất nhưng các tuan bin gió này theo nhiều cách cũng phải đối mặt với thực trạng nghiệt ngã như các người anh em của nó ở nước ngoài”, DWIA giải thích “Các tuabin trở nên cực kỳ tốn kém, và giá năng lượng quá cao của nó đã gây ra một cuộc tranh luận quan trọng về năng lượng gió”. Đã có rất nhiều thảo luận về phát triển thiết kế tuabin gió nhằm mục đích tăng hiệu quả và giảm chi phí của phong điện. Mặt khác, việc phát triển cơ sở hạ tầng của ngành cung cấp năng lượng cũng có ảnh hưởng đáng kể đến việc sử dụng năng lượng gió. Sự phát triển của một mạng lưới điện thông minh sẽ cho phép kết hợp và điều phối mượt mà hơn giữa những nhà máy phong điện có công suất lớn nhỏ khác nhau vào mạng điện chung.

Ngày nay, tất cả thiết kế tuabin gió hiện đại vẫn tiếp tục được phân loại theo cấu hình trục quay của cánh quạt. Có hai loại là: tuabin gió trục ngang (HAWTs) và tuabin gió trục thẳng đứng (VAWTs). Hơn 90% các tuabin gió sử dụng ngày nay có thiết kế HAWTs. Theo một phó giáo sư kỹ thuật và công nghệ áp dụng Eastern Illinois University (một trường đại học nổi tiếng ở tiểu bang Charleston, bang Illinois, Hoa Kỳ), Tiến sĩ Rigoberto Chincilla, một lý do chính HAWTs hiện đại chiếm lĩnh thị trường là sự sắp xếp của các cánh quạt cho phép tuabin luôn luôn tương tác đầy đủ với gió, điều này rất quan trọng trong việc cải thiện sức mạnh và hệ số công suất của tuabin HAWTs hiện đại. Nhưng tuabin HAWTs cũng có một số nhược điểm, ông nói. Một trong những nhược điểm phổ biến là nó gây tiếng ồn lớn. Tiếng ồn với dải băng thông rộng chủ yếu có nguồn gốc từ các hiện tượng khí động học (như luồng không khí xung quanh cánh quạt, trung tâm và tháp), và bởi sự rung động của các thành phần cơ khí. Tiếng ồn do tuabin HAWTs gây ra có thể dao động trong các mức độ áp lực âm thanh khac nhau, từ 58 dBA (ngay trên tiếng ồn xung quanh) đến 108 dBA (tương đương âm thanh của một máy bay DC -8 hoặc Boeing 707 trước khi hạ cánh). Và một điều nữa khiến tuabin HAWTs bị dư luận cộng đồng phản đối là nó nhìn “chướng mắt” (“eyesores”).

Tuabin HAWTs cũng còn có những giới hạn về kỹ thuật bị chỉ trích với ba điểm quan trọng mà tiến sĩ Chinchilla đã nêu ra trong một bài viết vào tháng 1 - 2011 đăng trên Tạp chí Công nghệ Công nghiệp. Một là HAWTs không thể chịu được gió hỗn loạn như ở môi trường đô thị, hai là HAWTs không thể hoạt động trong gió mạnh vì độ cản gió của các tuabin lớn sẽ khiến nó bị nghiêng hoặc đổ do đó tuabin sẽ phải phanh hẳn lại khi tốc độ gió khoảng ra của gió và áp dụng một phanh khi tốc độ gió đạt khoảng 88,5 km/h. Tiến sĩ Chinchilla và các đồng tác giả của bài viết, Tiến sĩ Sam Guccione và Joseph Tillman, cũng cho rằng với kích thước thiết kế như hiện tại, HAWTs đã đạt tới giới hạn khả năng chịu đựng của nó. Mặc dù vậy nhiều tuabin khổng lồ lớn hơn như 5 MW-HAWTs với cánh quạt dài 122m đang được phát triển và thử nghiệm trong ống gió và việc đưa nó vào sử dụng chỉ là một sớm một chiều nhưng, nhóm Chinchilla viết: “Người ta nghi ngờ độ tin cậy của HAWTs 10 MW sẽ được xây dựng sắp tới”. Tất cả những yếu tố này góp phần vào sự quan tâm mới trong lĩnh vực phong điện dành cho mẫu tuabin VAWTs, “nhược điểm quan trọng nhất mà mẫu tuabin trục đứng cần khắc phục là hiệu suất của nó quá thấp so với HAWTs” nhóm tiến sĩ Chinchilla khẳng định.

Ở Việt Nam, cho đến nay phong điện mới chập chững đi những bước đầu tiên, mặc dù được sự hỗ trợ và ưu đãi mạnh mẽ từ Chính phủ (mà gần đây nhất là Nghị định của Thủ tướng Chính phủ về cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án điện gió tại việt Nam có hiệu lực từ 20 - 8 - 2011) nhưng để phát triển được, “Phong điện Việt Nam” còn phải đối mặt với rất nhiều khó khăn và thách thức.

Là một trong những nước có nguồn năng lượng gió dồi dào, nhưng đến nay sự phát triển phong điện ở Việt Nam vẫn chưa tương xứng với tiềm năng. Trên cả nước hiện mới có 42 dự án phong điện - tập trung chủ yếu tại 12 tỉnh miền Trung, Tây Nguyên và Tây Nam bộ với tổng công suất 3.906 MW. Trong đó, 1/3 số dự án có sự tham gia của nhà đầu tư nước ngoài Đức, Canada, Thụy Sĩ, Argentina, nhưng việc đầu tư còn chậm và mang tính thăm dò.

Năm 2009 khi làm tờ trình Chính phủ Nghị định khuyến khích phát triển năng lượng tái tạo, bình quân giá phong điện Việt Nam vào khoảng 0,125 usd/kWh, trong khi giá điện bình quân thời điểm đó mới chỉ khoảng 0,053 usd/kWh. Nếu tính cả lần điều chỉnh giá điện gần dây nhất (ngày 1/3/2911), giá điện bình quân mới có 1.242 đồng/kWh (tương đương 0,059 usd/kWh). Trên thực tế giá thành phát điện của phong điện vào khoảng 0,07 - 0,12 usd/kWh, khi lãi suất vay tăng thì giá thành phát điện có thể đến 0,14 usd/kWh. Như vậy, so với thủy điện, giá phong điện là rất cao. Nếu trong giá điện đạt được mức giá như trên thị trường quốc tế và giá bán than không thấp hơn giá sản xuất thì điện gió sẽ có cơ hội phát triển mạnh. Còn theo tính toán của Chủ tịch Hiệp hội Đầu tư xây dựng năng lượng Việt Nam (VECIA) Trần Viết Ngãi, do chi phí đầu tư cao (mức đầu tư cao nhất là 2,77 triệu USD/MW, thấp nhất là 1,77 triệu USD/MW, và trung bình là 2,2 triệu USD/MW, gấp đôi thủy điện) dẫn tới giá thành, giá bán điện cao. Trong khi giá bán của các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ cho EVN dao động từ 450 đồng đến 700 đồng/kWh, giá phong điện lên tới 1.300 đồng/kWh nên người dân khó chấp nhận.

Ngoài ra, phong điện ở Việt Nam hiện đang vấp phải một số trở ngại nhất định như chưa có quy hoạch và chính sách rõ ràng, thống nhất từ trung ương đến địa phương; xã hội chưa nhận thức đầy đủ về tác động tích cực, quan trọng của phong điện. Đặc biệt, vốn đầu tư và giá thành sản xuất khá cao khiến cho phong điện và các nguồn năng lượng tái tạo rất khó cạnh tranh với các nguồn điện khác.

Hà Vũ - T/c Điện & Đời sống, số 150 - 2011, tr 35

Xem Thêm

Phát triển nhân lực trẻ cho các lĩnh vực công nghệ chiến lược
Bộ Khoa học và Công nghệ được giao nghiên cứu, đề xuất cơ chế, chính sách phát triển nhân lực trẻ chất lượng cao trong các lĩnh vực công nghệ thông tin, trí tuệ nhân tạo, hàng không vũ trụ và năng lượng nguyên tử, với thời hạn hoàn thành trong quý IV/2026.
Thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức
Sáng ngày 28/7, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã phối hợp với Viện Khoa học và Quản lý kinh tế (IESEM) tổ chức hội thảo "Thực trạng và giải pháp thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức trong bối cảnh Cách mạng công nghiệp 4.0".
Thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý năng lượng - Giải pháp then chốt giảm phát thải nhà kính
Ngày 17/12, tại phường Bà Rịa, thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Sở Công Thương TP.HCM, Trung tâm Chứng nhận Chất lượng và Phát triển Doanh nghiệp và Công ty Cổ phần Tập đoàn Vira tổ chức Hội thảo khoa học “Giải pháp thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả nhằm giảm phát thải khí nhà kính”.
Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách
Trong hai ngày 12-13/11, tại tỉnh Cao Bằng, Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PanNature) và Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cao Bằng tổ chức Chương trình chia sẻ “Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách”.
Thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của vật liệu tiên tiến trong sản xuất năng lượng sạch
Ngày 24/10, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Khoa học Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (VNACA) tổ chức Hội thảo khoa học “Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính”.
Dựa vào thiên nhiên để phát triển bền vững vùng núi phía Bắc
Đó là chủ đề của hội thảo "Đa dạng sinh học và giải pháp dựa vào thiên nhiên cho phát triển vùng núi phía Bắc" diễn ra trong ngày 21/10, tại Thái Nguyên do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Vusta) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PANNATURE) phối hợp tổ chức.
Muốn công tác quy hoạch hiệu quả, công nghệ phải là cốt lõi
Phát triển đô thị là một quá trình, đô thị hoá là tất yếu khách quan, là một động lực quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nhanh và bền vững. Trong kỷ nguyên vươn mình, quá trình đô thị hoá không thể tách rời quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước...
Hội thảo quốc tế về máy móc, năng lượng và số hóa lần đầu tiên được tổ chức tại Vĩnh Long
Ngày 20/9, tại Vĩnh Long đã diễn ra Hội thảo quốc tế về Máy móc, năng lượng và số hóa hướng đến phát triển bền vững (IMEDS 2025). Sự kiện do Hội Nghiên cứu Biên tập Công trình Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VASE) - hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long (VLUTE) tổ chức.

Tin mới

GS.VS. Châu Văn Minh: Tăng cường kết nối khoa học, nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe nhân dân
Ngày 25/10/2026, tại Hà Nội, GS.VS. Châu Văn Minh, Chủ tịch Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam), đã tham dự và phát biểu tại Hội nghị khoa học “Cập nhật các tiến bộ mới trong quản lý bệnh tiêu hóa và gan mật”, kết hợp kỷ niệm 8 năm thành lập Viện Nghiên cứu và Đào tạo Tiêu hóa, Gan mật.
TECHFEST Việt Nam 2026 đưa sản phẩm công nghệ đến gần người dân
TECHFEST Việt Nam 2026 sẽ diễn ra tại Hà Nội từ ngày 13 đến 15/11, khu vực hồ Hoàn Kiếm và phố đi bộ là trung tâm với mô hình không gian mở, đưa các hoạt động trình diễn công nghệ, triển lãm sản phẩm khởi nghiệp và kết nối đầu tư đến gần hơn với người dân, doanh nghiệp, nhà đầu tư.
Liên hiệp Hội Thành phố Hồ Chí Minh và 7 giải pháp phát huy vai trò trí thức
Tư vấn, phản biện và giám định xã hội của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh là một hoạt động quan trọng nhằm phát huy trí tuệ, kinh nghiệm và trách nhiệm xã hội của đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ trong quá trình hoạch định chính sách, quy hoạch và triển khai các chương trình, dự án phát triển.
Đề xuất giải pháp tăng cường vai trò kết nối của VUSTA với các Hội ngành trong hoạt động tư vấn, phản biện
Ngày 23/10, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) tổ chức hội thảo đề xuất các giải pháp đổi mới cơ chế phối hợp, phát huy tối đa tiềm năng của mạng lưới 92 Hội ngành trong hoạt động tư vấn, phản biện; khẳng định quyết tâm nâng tầm vai trò cầu nối của VUSTA, biến trí tuệ đội ngũ trí thức KH&CN thành những luận cứ khoa học tin cậy phục vụ các quyết sách của Đảng, Nhà nước và MTTQ.
Đưa tri thức số về bản, giúp người dân làm chủ công nghệ
Phổ biến kiến thức khoa học, kỹ thuật chỉ thực sự phát huy giá trị khi người dân có thể vận dụng vào đời sống. Từ hoạt động giảng dạy của chuyên gia Hội Mã số Mã vạch Việt Nam trong chương trình tập huấn “Người bản số” tại Lào Cai, có thể thấy rõ cách tiếp cận lấy kỹ năng thực hành, khả năng tự chủ và an toàn trên môi trường số làm trọng tâm.
VUSTA tập huấn nâng cao kiến thức, kỹ năng phòng cháy, chữa cháy và cứu nạn, cứu hộ tại cơ sở
Nhằm nâng cao nhận thức, trách nhiệm và kỹ năng xử lý tình huống cháy, nổ cho cán bộ, nhân viên làm việc tại tòa nhà, ngày 23/10, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam tổ chức tập huấn công tác phòng cháy, chữa cháy và cứu hộ, cứu nạn. Chương trình kết hợp phổ biến quy định pháp luật với hướng dẫn kỹ năng thực hành, góp phần chủ động phòng ngừa và hạn chế thiệt hại khi có sự cố xảy ra.
Phát huy vai trò cầu nối của Liên hiệp Hội Việt Nam trong hoạt động tư vấn, phản biện và giám định xã hội
Tăng cường kết nối giữa các hội thành viên, đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ với các cơ quan Đảng, Nhà nước và Mặt trận Tổ quốc Việt Nam là yêu cầu quan trọng nhằm nâng cao chất lượng hoạt động tư vấn, phản biện, góp phần hoàn thiện chính sách và thúc đẩy phát triển đất nước.
Đắk Lắk: Từ chính sách đãi ngộ đến yêu cầu sử dụng hiệu quả nguồn nhân lực chất lượng cao
Việc HĐND tỉnh Đắk Lắk thông qua Nghị quyết quy định chính sách thu hút, hỗ trợ đào tạo phát triển nguồn nhân lực giai đoạn 2026- 2031 thể hiện sự đồng thuận cao đối với yêu cầu nâng cao chất lượng nguồn nhân lực, tạo nền tảng cho phát triển trong giai đoạn mới. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để chính sách đi vào cuộc sống, thu hút được người có năng lực và tạo môi trường để trí thức cống hiến.