Lựa chọn giải pháp kết cấu đỡ turbine phát điện sức gió xây dựng ở ven biển Việt Nam

Tiểu ban Năng lượng, Kỹ thuật công trình, Vận tải và Công nghệ Biển 61<br /> <br /> <br /> <br /> LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU ĐỠ TURBINE PHÁT ĐIỆN SỨC<br /> GIÓ XÂY DỰNG Ở VEN BIỂN VIỆT NAM<br /> <br /> <br /> Mai Hồng Quân, Vũ Đan Chỉnh<br /> Viện Xây Dựng Công Trình Biển, Đại học Xây Dựng. Số 55, Giải Phóng, Hà Nội<br /> Email: quandhxd@gmail.com<br /> <br /> <br /> Tóm tắt:<br /> Turbine phát điện nhờ sức gió hay còn gọi là Trạm Phong Điện là một nguồn<br /> năng lượng tái tạo đang được cả thế giới trong đó có Việt Nam đưa vào khai<br /> thác. So với các trạm phong điện trên đất liền, các trạm phong điện xây dựng ở<br /> ngoài khơi có các lợi thế rõ rệt như sức gió mạnh và ổn định, giảm ảnh hưởng<br /> về ô nhiễm tiếng ồn và không mất đất. Bài báo này nhằm giới thiệu các dạng<br /> kết cấu có thể sử dụng cho các trạm phong điện biển ở Việt Nam.<br /> <br /> A SELECTION OF OFFSHORE WIND ENERGY GENERATED TURBIN<br /> SUPPORT STRUCTURE IN COASTAL ZONE OF VIETNAM<br /> Abstract:<br /> Wind turbine is one of renewable energy exploited in the world including<br /> Vietnam. Compare with the onshore wind turbine, the offshore have some<br /> significant advantages as the high and stable wind velocity, reduce the<br /> effecting of the noise and save the land. The purpose of this paper is to<br /> introduce some type of offshore wind turbine support structure which is<br /> suitable to build in Vietnam conditions.<br /> <br /> <br /> 1. Mở đầu:<br /> Phát điện nhờ sức gió đang là mục tiêu theo đuổi của toàn cầu, trong đó có Việt Nam<br /> nhằm cung cấp cho xã hội một nguồn năng lượng tái tạo tiềm năng và rất ít ảnh hưởng đến<br /> môi trường sống. Theo nghiên cứu của WorldBank thì Việt Nam với biển và bờ biển dài và<br /> nhiều đảo là một quốc gia có tiềm năng lớn về năng lượng gió. Trong bảng sau là một số<br /> địa phương có tiềm năng cung cấp điện gió ở Việt Nam.<br /> 62 Hội nghị Khoa học và Công nghệ Biển toàn quốc lần thứ V<br /> <br /> <br /> Bảng 1. Tiềm năng gió Việt Nam (Số liệu của cục Khí tượng Thủy văn 2005)<br /> <br /> Địa phương Tốc độ gió Mật độ công Mật độ năng lượng<br /> trung bình suất gió bình quân/năm<br /> Vtb(m/s) (W/m2) (E=kWh/m2)<br /> Pha Đin 3,2 - 751,1<br /> Đảo Cô Tô 4,4 - 1.317,9<br /> Bãi Cháy 3,3 64,0 562<br /> Bạch Long Vĩ 7,3 119,0 4.487,0<br /> Nam Định 3,6 72,0 631,0<br /> Văn Lý 4,3 72,0 933,5<br /> Đồng Hới 3,9 108,6 952,0<br /> Quy Nhơn 4,1 106,6 935,0<br /> Cam Ranh 4,2 124,3 1065,7<br /> Đảo Phú Quý 6,8 108,0 3554,2<br /> Plây Ku 3,1 69,6 610,0<br /> Đà Lạt 3,0 66,2 580,0<br /> Tân Sơn Nhất 3,2 56,1 492,0<br /> Vũng Tầu 3,9 101,1 886,0<br /> Phú Quốc 3,7 97,5 855,0<br /> Rạch Giá 3,2 47,7 476,0<br /> Trường Sa 6,3 307,1 2692,0<br /> <br /> <br /> Số liệu điều tra cho thấy các vùng biển và ven biển miền trung, các vùng đảo, hải đảo<br /> là những vùng có tiền năng điện gió nổi trội.<br /> Những trạm phát điện sức gió (Turbine gió) đã được xây dựng nhiều trên đất liền, dù ít<br /> nhưng vẫn có những ảnh hưởng nhất định đến môi trường nhất là về tiếng ồn, và chiếm<br /> quỹ đất trồng trọt đáng kể. Turbine phát điện nhờ sức gió ngoài biển (Phong điện biển) là<br /> một hướng đang được các nước trên thế giới phát triển nhằm tận dụng vận tốc gió lớn và<br /> ổn định ngoài biển và giảm tiếng ồn, không chiếm đất dành cho canh tác. Đây cũng là<br /> hướng phát triển tất yếu của Việt Nam trong tương lai gần.<br /> Tiểu ban Năng lượng, Kỹ thuật công trình, Vận tải và Công nghệ Biển 63<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Roto- Cánh quạt<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Trụ trên Trụ trên<br /> Kết cấu<br /> Sàn công trụ đỡ<br /> tác<br /> <br /> Mực nước<br /> Trụ dưới Trụ dưới<br /> Cọc<br /> <br /> Đáy biển<br /> <br /> Đất Cọc<br /> <br /> <br /> Móng<br /> Hình 1: Cấu tạo công trình phong điện biển<br /> <br /> <br /> Cấu tạo công trình phong điện gồm các phần:<br /> - Turbine: Gồm cánh quạt, phần thân rotor (Hub). Độ lớn của cánh quạt và độ cao đặt<br /> hub phụ thuộc vào công suất thiết kế, điều kiện gió tại vị trí xây dựng. Công suất phát điện<br /> càng lớn thì đường kính cánh quạt và cao độ đặt turbine càng lớn. Ví dụ turbine công suất<br /> 4.5MW có đường kính cánh quạt D=112m, turbine 5MW D=126m ..<br /> - Kết cấu trụ trên: Phần kết cấu nối giữa Turbine với phần trụ dưới tính từ sàn công<br /> tác. Kết cấu trụ trên thường là trụ thép ống đường kính lớn. Kết cấu dạng khung rỗng cũng<br /> có thể được sử dụng.<br /> - Kết cấu trụ dưới: Là phần kết cấu được tính từ sàn công tác đến móng, trụ dưới có<br /> thể coi là kết cấu công trình biển loại nhỏ. Tùy độ sâu nước và công suất thiết kế và điều<br /> kiện cụ thể tại nơi xây dựng mà lựa chọn sử dụng kết cấu bê tông hay kết cấu thép, kết cấu<br /> monopile, tripods hay jacket. Ở những vùng nước sâu có thể sử dụng kết cấu dạng nổi có<br /> neo.<br /> - Kết cấu móng: Có 3 loại móng chính được sử dụng cho công trình phong điện biển<br /> đó là móng nông trọng lực, móng cọc và móng giếng.<br /> 64 Hội nghị Khoa học và Công nghệ Biển toàn quốc lần thứ V<br /> <br /> <br /> - Các bộ phận phụ trợ: Giá cập tàu, cầu thang, sàn công tác và sân bay là các bộ phận<br /> phụ trợ gắn với công trình phục vụ công tác vận hành, bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa.<br /> <br /> <br /> 2. Giới thiệu các giải pháp kết cấu cho phong điện biển phù hợp với điều kiện Việt Nam:<br /> 2.1. Kết cấu Monopile:<br /> Monopile là kết cấu dạng đơn giản nhất được áp dụng trong thực tiễn. Một ống thép<br /> vừa làm trụ đỡ phần dưới vừa làm móng cọc cho công trình. Trụ trên và trụ dưới được liên<br /> kết trực tiếp bằng hàn hoặc thông qua một kết cấu chuyển tiếp liên kết bằng trám xi măng<br /> cường độ cao. Độ cứng của ống thép cũng như độ sâu của cọc phải được thiết kế đủ cứng<br /> để chịu tải trọng ngang của công trình. Ống thép có đường kính có thể đến 6m hoặc lớn<br /> hơn và độ dày đến 150mm. Monopile là kết cấu được dùng nhiều nhất trong những vùng<br /> nước nông d