Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới

Chia sẻ: Cảnh Phương Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:75

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới" nhằm nghiên cứu mô hình cấu tạo, hoạt động của nhà máy điện gió và các thiết bị bù công suất phản kháng. Thực hiện mô phỏng nhà máy điện gió kết hợp với thiết bị bù công suất phản kháng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC PHẠM THỊ TRÀ NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VỚI NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ NỐI LƯỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN HÀ NỘI, 2023
BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC PHẠM THỊ TRÀ NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VỚI NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ NỐI LƯỚI Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Mã số : 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Người hướng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN DUY MINH HÀ NỘI, 2023
i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tác giả bày tỏ lòng cảm ơn tới thầy giáo TS. Nguyễn Duy Minh đã chỉ bảo, hướng dẫn thực hiện luận văn, các thầy cô phòng Đào tạo Sau đại học cùng các thầy cô giáo trong khoa Kỹ thuật điện, trường Đại học Điện lực đã quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn này. Mặc dù tác giả đã cố gắng hết sức trong việc tính toán và trình bày, song luận văn có thể vẫn còn những thiếu sót. Kính mong nhận được những đóng góp của các thầy, các cô cùng toàn thể các bạn để luận văn được hoàn chỉnh hơn nhằm áp dụng phù hợp với thực tế. Tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023 Tác giả Phạm Thị Trà
ii LỜI CAM ĐOAN Tác giả cam đoan đã sử dụng các tài liệu tham khảo của các tác giả, các nhà khoa học và các luận văn được trích dẫn trong phụ lục “Tài liệu tham khảo” cho việc nghiên cứu và viết luận văn của mình. Tác giả cam đoan về các số liệu và kết quả tính toán được trình bày trong luận văn là hoàn toàn do tác giả tự tìm hiểu và thực hiện trong quá trình nghiên cứu và viết luận văn của mình, không sao chép và chưa được sử dụng cho đề tài luận văn nào. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023 Tác giả Phạm Thị Trà
iii MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................ iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................... v DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................... vi DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................... vii I. MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1 1. Lý do chọn đề tài .............................................................................................. 1 2. Mục đích nghiên cứu ....................................................................................... 1 3. Nhiệm vụ nghiên cứu ....................................................................................... 1 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .................................................................. 2 5. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................ 2 II. NỘI DUNG .......................................................................................... 2 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐIỆN GIÓ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM .............................................. 3 1.1. Nhu cầu điện năng trên thế giới và xu hƣớng gia tăng tỉ trọng của năng lƣợng tái tạo .......................................................................................................... 3 1.2. Bối cảnh điện gió trên thế giới và tại Việt Nam ......................................... 7 1.2.1. Bối cảnh điện gió trên thế giới ............................................................... 7 1.2.2. Bối cảnh điện gió tại Việt Nam ............................................................ 11 1.3. Kết luận chƣơng 1 ....................................................................................... 14 CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC TUABIN ĐIỆN GIÓ VÀ CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ NỐI LƯỚI ....................................................................................................... 16 2.1. Cấu trúc tuabin điện gió ............................................................................. 16 2.1.1. Tháp ...................................................................................................... 17 2.1.2. Nền (móng) ........................................................................................... 18 2.1.3. Rotor và cánh quạt ................................................................................ 19 2.1.4. Hub trung tâm (Đùm) ........................................................................... 21 2.1.5. Bộ phận kiểm soát năng lượng ............................................................. 21 2.1.6. Nacelle (Bầu) ........................................................................................ 22 2.1.7. Các thiết bị điện tử khác ....................................................................... 26
iv 2.2. Các thiết bị bù trong việc tích hợp nhà máy điện gió nối lƣới ................ 27 2.2.1. Thiết bị bù tĩnh SVC ............................................................................. 27 2.2.2. Thiết bị bù tĩnh đồng bộ STATCOM ................................................... 30 2.2.3. So sánh hiệu suất giữa STATCOM và SVC......................................... 33 2.3. Kết luận chƣơng 2 ....................................................................................... 34 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MỘT HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ NỐI LƯỚI VỚI THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ............................... 36 3.1. Sơ đồ mô phỏng ........................................................................................... 36 3.2. Các trƣờng hợp mô phỏng và kết quả ...................................................... 38 3.2.1. Điện áp lưới dao động .......................................................................... 38 3.2.2. Sự cố ngắn mạch thoáng qua ................................................................ 50 3.2.3. Công suất tải địa phương thay đổi ........................................................ 56 3.3. Kết luận chƣơng 3 ....................................................................................... 60 III. KẾT LUẬN ....................................................................................... 62
v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt Flexible AC Transmission Hệ thống truyền tải điện xoay 1 FACTS System chiều linh hoạt 2 HVRT High Voltage Ride Through Khả năng vượt qua điện áp cao 3 LVRT Low Voltage Ride Through Khả năng vượt qua điện áp thấp 4 PCC Point of Common Coupling Điểm kết nối hệ thống 5 PLL Phase-Locked Loop Vòng lặp khóa pha 6 PWM Pulse width modulation Điều chế độ rộng xung Static synchronous 7 STATCOM Thiết bị bù tĩnh đồng bộ Compensator 8 SVC Static Var Compensator Thiết bị bù tĩnh Thyristor Controlled Cuộn kháng điều khiển bằng 9 TCR Reactor thyristor 10 Thyristor Switched Bộ tụ điện đóng cắt bằng TSC Capacitors thyristor 11 Cuộn kháng đóng cắt bằng TSR Thyristor Switched Reactor thyristor 12 VSC Voltage Source Converter Bộ biến đổi nguồn áp
vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: So sánh STATCOM và SVC ..................................................................... 33 Bảng 3.1: Thông số đường dây ................................................................................. 37 Bảng 3.2: Thông số máy phát điện của Tuabin ........................................................ 37 Bảng 3.3: Thông số của Tuabin ................................................................................ 38
vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Biểu đồ sản lượng điện năng từ các nguồn năng lượng đáp ứng nhu cầu điện năng nửa đầu năm 2022 [1] ................................................................................ 3 Hình 1-2: Biểu đồ sản lượng điện năng từ các nguồn năng lượng trong từng tháng [1] ................................................................................................................................ 4 Hình 1-3: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi hàng năm trong sản xuất điện trên toàn cầu [1] ................................................................................................................................ 5 Hình 1-4: Biểu đồ phát thải của ngành điện qua các năm [1] .................................. 5 Hình 1-5: Biểu đồ tổng công suất điện gió lắp đặt mới hàng năm [4] ...................... 7 Hình 1-6: Công suất lắp đặt điện gió mới theo vùng và thị phần của năm khu vực hàng đầu [4] ................................................................................................................ 8 Hình 1-7: Biểu đồ tổng công suất lắp đặt tích lũy hàng năm [4] .............................. 9 Hình 1-8: Biểu đồ công suất điện gió ngoài khơi đang hoạt động của các quốc gia [5] .............................................................................................................................. 11 Hình 1-9: Mục tiêu điện gió ở Việt Nam theo dự thảo Quy hoạch Điện 8 [4] ........ 13 Hình 2-1: Cấu trúc cơ bản của tuabin gió ............................................................... 16 Hình 2-2: Các loại tháp tuabin gió phổ biến ........................................................... 18 Hình 2-3: Các dạng kết cấu móng cố định của tuabin gió ngoài khơi .................... 19 Hình 2-4: Số lượng cánh quạt của một tuabin gió ................................................... 21 Hình 2-5: Cấu tạo bên trong của Hub ..................................................................... 21 Hình 2-6: Nacelle của một tuabin gió ...................................................................... 22 Hình 2-7: Bộ truyền động có hộp số ........................................................................ 23 Hình 2-8: Bộ truyền động trực tiếp, không có hộp số .............................................. 23 Hình 2-9: Cấu tạo thiết bị SVC ................................................................................ 28 Hình 2-10: Thiết bị SVC dùng cho nhà máy điện gió .............................................. 29 Hình 2-11: Điều khiển SVC đối với tuabin gió ........................................................ 30 Hình 2-12: Cấu tạo cơ bản của STATCOM ............................................................. 30 Hình 2-13: Sơ đồ khối điều khiển STATCOM .......................................................... 32 Hình 2-14: Đặc tính hoạt động của thiết bị STATCOM và SVC .............................. 34 Hình 3-1: Mô hình mô phỏng với thiết bị STATCOM .............................................. 36 Hình 3-2: Mô hình mô phỏng với thiết bị SVC ......................................................... 36 Hình 3-3: Dao động điện áp tại PCC khi không có thiết bị bù (a), khi có STATCOM (b) và khi có SVC (c) ................................................................................................. 39
viii Hình 3-4: Công suất tác dụng trao đổi khi không có thiết bị bù (a), khi có STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 40 Hình 3-5: Công suất phản kháng trao đổi khi không có thiết bị bù (a), khi có STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 41 Hình 3-6: Công suất phản kháng trên STATCOM (a) và SVC (b) ........................... 42 Hình 3-7: Công phát của Turbine gió khi không có thiết bị bù (a), khi có STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 44 Hình 3-8: Dao động điện áp tại PCC khi không có thiết bị bù (a), khi có STATCOM (b) và khi có SVC (c) ................................................................................................. 45 Hình 3-9: Công suất tác dụng trao đổi khi không có thiết bị bù (a), khi có STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 46 Hình 3-10: Công suất phản kháng trao đổi khi không có thiết bị bù (a), khi có STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 48 Hình 3-11: Công suất phản kháng trên STATCOM (a) và SVC (b) ......................... 49 Hình 3-12: Công suất phát của Turbine gió khi không có thiết bị bù (a), khi có STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 50 Hình 3-13: Điện áp tại điểm đấu nối khi không có thiết bị bù (a), khi có STATCOM (b) và khi có SVC (c) ................................................................................................. 51 Hình 3-14: Công suất tác dụng trao đổi khi không có thiết bị bù (a), khi có STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 52 Hình 3-15: Công suất phản kháng trao đổi khi không có thiết bị bù (a), khi có STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 53 Hình 3-16: Công suất phản kháng của STATCOM (a) và SVC (b) ......................... 54 Hình 3-17: Công suất phát của Turbine gió khi không có thiết bị bù (a), khi có STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 55 Hình 3-18: Điện áp tại điểm đấu nối khi không có thiết bị bù (a), khi có STATCOM (b) và khi có SVC (c) ................................................................................................. 56 Hình 3-19: Công suất tác dụng trao đổi khi đặt STATCOM (a) và SVC (b) ........... 57 Hình 3-20: Công suất phản kháng của STATCOM (a) và SVC (b) ......................... 58 Hình 3-21: Công suất phát của Turbine gió khi không có thiết bị bù (a), khi có STATCOM (b) và khi có SVC (c) .............................................................................. 59
1 I. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Đứng trước thực tế nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng như hiện nay, những nguồn năng lượng như dầu, khí đốt, than… đang ngày càng khan hiếm, cộng thêm với việc làm ảnh hưởng gây ra những tác hại lớn cho môi trường buộc chúng ta phải tìm ra những nguồn năng lượng mới thay thế cho chúng. Điện năng từ năng lượng tái tạo đang ngày càng được chú trọng tại Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới. Trong các nguồn năng lượng tái tạo thì điện gió đang có những ưu thế vượt trội nhất định. Các nhà máy điện gió công suất lớn liên tục được xây dựng và đi vào hoạt động. Tuy nhiên nếu muốn đẩy mạnh nguồn năng lượng này ngày càng phát triển trong tương lai chúng ta còn cần hoàn chỉnh hơn về công nghệ. Trong vận hành, các nhà máy đóng vai trò quan trọng và là phần tử chính trong điều chỉnh công suất tác dụng, công suất phản kháng của hệ thống điện. Theo quy định về yêu cầu kỹ thuật thì nhà máy điện gió phải có khả năng điều khiển điện áp và công suất phản kháng theo yêu cầu nhất định của hệ thống điện, tuy nhiên các tuabin gió có thể không đáp ứng được vì thế cần lắp đặt thêm các thiết bị bù công suất phản kháng. Xuất phát từ thực tế đó và với mục đích nghiên cứu, tìm hiểu về sự đóng góp của hệ thống bù vào việc điều chỉnh công suất của máy phát điện gió đối với hệ thống điện gió nói lưới mà tôi đã lựa chọn và mong muốn thực hiện đề tài: “Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hƣởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lƣới”. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu mô hình cấu tạo, hoạt động của nhà máy điện gió và các thiết bị bù công suất phản kháng. - Thực hiện mô phỏng nhà máy điện gió kết hợp với thiết bị bù công suất phản kháng. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu, tổng hợp và thống kê sự phát triển của điện gió tính đến thời điểm hiện tại ở Việt Nam. - Phân tích và đánh giá sự đóng góp của điện gió vào hệ thống điện. - Mô phỏng hệ thống điện có tích hợp nguồn điện gió kết hợp hệ thống bù công suất phản kháng.
2 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Mô hình một hệ thống điện gió nối lưới có sử dụng thiết bị bù công suất phản kháng. - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết, tài liệu, xây dựng mô hình và thực hiện mô phỏng hoạt động của nhà máy điện gió nối lưới khi có và không có các thiết bị bù. - Phạm vi thời gian thực hiện nghiên cứu: Từ Tháng 10/2021 đến tháng 5/2023. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu - Thống kê số liệu. - Xây dựng mô hình. - Mô phỏng hệ thống điện gió sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng. II. NỘI DUNG Ngoài phần mở đầu và kết luận dự kiến luận văn sẽ gồm 3 chương với các nội dung chính như sau: Chương 1: Khái quát về xu hướng phát triển của điện gió trên thế giới và ở Việt Nam. Chương 2: Cấu trúc Tuabin điện gió và các thiết bị bù công suất phản kháng trong nhà máy điện gió nối lưới. Chương 3: Mô phỏng một hệ thống điện gió nối lưới với thiết bị bù công suất phản kháng.
3 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ XU HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐIỆN GIÓ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1. Nhu cầu điện năng trên thế giới và xu hƣớng gia tăng tỉ trọng của năng lƣợng tái tạo Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh của công nghệ và nhu cầu năng lượng, cũng như ưu tiên các hoạt động ứng phó với biến đổi khí hậu, năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng gió nói riêng được xem là một trong những giải pháp quan trọng nhất nhằm giảm biến đổi khí hậu toàn cầu. Do tình hình khan hiếm tài nguyên năng lượng hóa thạch, chiến tranh (khu vực Trung Đông, Nga - Ukraina,...) khiến giá cả của năng lượng hóa thạch biến động mạnh,... các nước bắt đầu quan tâm hơn đến phát triển năng lượng sạch, đặc biệt là năng lượng gió. Chuyển đổi sang năng lượng sạch và năng lượng tái tạo là một giải pháp cần thiết để đạt được các Mục tiêu Phát triển Bền vững (về năng lượng sạch và giá cả phải chăng) đến năm 2030 do Liên hợp quốc đề ra. Nhu cầu điện năng trên thế giới tăng trở lại, với mức tăng 5,4%, năm 2021 chứng kiến tốc độ tăng trưởng nhu cầu nhanh nhất kể từ năm 2010 do nhiều nền kinh tế tiên tiến đã phục hồi trở lại mức trước đại dịch Covid-19 sau khi bị ảnh hưởng vào năm 2020. Nửa đầu năm 2022, tổng nhu cầu điện năng trên toàn cầu đạt 13.393 TWh, tăng từ mức 13.004 TWh trong cùng kỳ năm ngoái [1]. So với nhu cầu điện trên thế giới vào năm 2021 được đáp ứng chủ yếu khoảng 59% phát điện bằng than, năm 2022 điện sản xuất từ hóa thạch trên toàn cầu chỉ tăng 4 TWh, từ 7.998 TWh trong nửa đầu năm 2021 lên 8.002 TWh trong cùng kỳ năm 2022 trong đó điện than giảm 36 TWh (-1%), khí đốt giảm 1 TWh (-0,05%), các loại nhiên liệu hóa thạch khác (chủ yếu là dầu mỏ) tăng 34 TWh (+14%). Hình 1-1: Biểu đồ sản lượng điện năng từ các nguồn năng lượng đáp ứng nhu cầu điện năng nửa đầu năm 2022 [1]
4 Tổng sản lượng điện được sản xuất từ năng lượng tái tạo trên toàn cầu tăng thêm 416 TWh lớn hơn nhu cầu điện năng gia tăng toàn cầu 389 TWh. Tổng cộng, năng lượng tái tạo đã tạo ra 28% điện năng toàn cầu trong nửa đầu năm 2022 (3.802 TWh), tăng từ mức 26% (3.387 TWh) trong cùng kỳ năm 2021, nhu cầu điện năng gia tăng trên toàn cầu được đáp ứng toàn bộ từ năng lượng tái tạo nên không cần phát điện bổ sung từ nhiên liệu hóa thạch [1]. Nếu như trong nửa đầu năm 2022, giảm được việc sản xuất điện từ các nhiên liệu hóa thạch, thì sang nửa cuối năm 2022, lượng tiêu thụ than và khí đốt lại tăng vào tháng 7 và tháng 8 được thể hiện như biểu đồ hình 1-2 [1]. Điều này xảy ra do tình trạng hạn hán kéo dài ở Trung Quốc, dẫn đến các thủy điện bị ảnh hưởng, không đáp ứng được nhu cầu điện năng tăng cao ở Trung Quốc. Bên cạnh đó, ở thị trường Châu Âu, việc sản xuất điện hạt nhân vẫn đang giảm đáng kể, do tình trạng mất điện kéo dài ở Pháp, còn ở Đức định đóng cửa các nhà máy điện hạt nhân để ứng phó với khủng hoảng năng lượng. Hình 1-2: Biểu đồ sản lượng điện năng từ các nguồn năng lượng trong từng tháng năm 2022 [1] Từ tháng 1 đến tháng 8 cho thấy điện than tăng 1% (+63 TWh) và điện khí đốt tăng 1,6% (+63 TWh) cũng như sản lượng dầu tăng 14% ( +57 TWh) so với cùng kỳ năm ngoái, dẫn đến lượng khí thải CO2 của ngành điện toàn cầu tăng 1,7% (133 Mt) trong thời gian từ tháng 1 đến tháng 8, so với cùng kỳ năm ngoái [1]. Chúng ta đang kỳ vọng sản lượng do năng lượng sạch cung cấp sẽ đáp ứng tất cả sự gia tăng nhu cầu điện năng, từ đó ngăn chặn sự gia tăng nhiên liệu hóa thạch
5 trong ngành điện, tuy nhiên nhìn vào số liệu gia tăng trong tháng 7 và tháng 8, khiến cho mục tiêu này trong năm 2022 là không khả thi. Tăng trưởng phát thải trái ngược hẳn với những gì cần thiết cho việc hướng tới mục tiêu giữ cho mức tăng nhiệt độ toàn cầu ở ngưỡng 1,5 độ C. Hình 1-3: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi hàng năm trong sản xuất điện trên toàn cầu [1] Hình 1-4: Biểu đồ phát thải của ngành điện qua các năm [1]
6 Sản lượng gió toàn cầu tăng 14% vào năm 2021, tăng 227 TWh lên 1.814 TWh. Sản lượng gió tăng 175 TWh (19%) trên toàn cầu trong nửa đầu năm 2022. Đây là mức tăng trưởng % cao nhất so với cùng kỳ các năm trước. Năng lượng gió tạo ra 8% điện năng toàn cầu tương ứng với 1.102 TWh, cao hơn cả năng lượng mặt trời tạo ra được 5% điện năng toàn cầu tương đương 619 TWh trong nửa đầu năm 2022. Sự gia tăng đột phá của sản lượng điện gió là nhờ sự phát triển mạnh của điện gió ngoài khơi, nếu như trước đây chỉ phụ thuộc vào sản lượng từ các trang trại điện gió trên bờ, hiện nay các trang trại điện gió ngoài khơi với quy mô công suất lắp đặt lớn, hệ số công suất tuabin trung bình của các dự án điện gió ngoài khơi đạt gần 50%, lớn hơn hệ số công suất tuabin của các dự án lắp đặt trên bờ chỉ khoảng 35% . Tuabin hiện đại trên bờ sản xuất trung bình 3TWh điện một năm cho mỗi GW được lắp đặt; tuabin gió ngoài khơi hiện đại trung bình 4,4TWh mỗi năm. Ưu điểm chính của năng lượng gió ngoài khơi là khả năng tạo ra điện cao hơn vì tốc độ gió trên đại dương thường ổn định hơn và mạnh hơn so với trên đất liền, không giới hạn các địa điểm ngoài khơi để triển khai trang trại điện gió vì không ảnh hưởng đến khu dân cư. Bên cạnh đó nhờ có những tiến bộ gần đây trong công nghệ gió ngoài khơi giúp giảm chi phí vốn, lắp đặt và vận hành. Sản lượng điện từ gió cần tăng gấp 4 lần vào năm 2030, từ 7% sản lượng điện toàn cầu vào năm 2021 lên 21% vào năm 2030. Điều đó có nghĩa là duy trì mức tăng trưởng hàng năm là 18%; tăng trưởng năm ngoái là 14% và trung bình là 15% trong mười năm qua [1]. Hiện nay đã có 130 nước trên thế giới phát triển điện gió. Tổng công suất điện gió của thế giới tăng nhanh trong khoảng 1 thập kỷ gần đây, đến năm 2020 tổng công suất lên tới 733 GW cao gần gấp hai lần so với năm 2011[2]. Kể từ năm 2010, hơn một nửa tổng lượng điện gió mới đã được bổ sung bên ngoài các thị trường truyền thống là Châu Âu và Bắc Mỹ, chủ yếu là do sự bùng nổ liên tục ở Trung Quốc và Ấn Độ. Trung Quốc dẫn đầu về sản lượng điện gió của năm 2021. 65% tăng trưởng sản xuất điện gió toàn cầu vào năm 2021 là ở Trung Quốc (tỷ trọng cao nhất trước đây của Trung Quốc là 37% tăng trưởng toàn cầu vào năm 2020). Trung Quốc đã thêm 148 TWh, bằng với toàn bộ nhu cầu điện của Argentina. Các nước ở châu Âu cũng đạt kỷ lục mới về tỷ lệ lắp đặt trang trại điện gió mới trong năm 2021, mặc dù chứng kiến mức sản xuất điện gió giảm vào năm 2020 do tốc độ gió kém [3]. Bất chấp mức tăng ấn tượng đối với năng lượng tái tạo nhưng vẫn chưa thể thay thế hoàn toàn nhiên liệu hóa thạch trong việc sản xuất điện để đáp ứng nhu cầu điện năng trên toàn cầu. Có những dấu hiệu cho thấy sự thay đổi, với những cam kết
7 ngày càng tăng đối với các nền kinh tế về vấn đề khử carbon và giải quyết ô nhiễm, nhưng cần phải có những hành động tăng tốc để đáp ứng các mục tiêu năng lượng bền vững. Với những con số thể hiện nhu cầu điện năng trên toàn cầu cần được đáp ứng, cũng như lượng phát thải của ngành điện, điện gió đang ngày càng được kỳ vọng trở thành nguồn cung cấp điện chính để giải quyết nhu cầu điện năng và có vai trò quan trọng để đạt được mức độ phát thải bằng không. 1.2. Bối cảnh điện gió trên thế giới và tại Việt Nam 1.2.1. Bối cảnh điện gió trên thế giới Ngành công nghiệp điện gió trên thế giới đang đạt được những kết quả khởi sắc liên tiếp từ năm 2019 đến năm 2021. Tổng công suất điện gió mới được bổ sung trên toàn thế giới vào năm 2021 là 93,6 GW, chỉ thấp hơn 1,8% so với kỷ lục năm 2020, nâng tổng công suất điện gió lắp đặt lên 837 GW, tăng 12,4% so với năm 2020. Mặc dù công suất lắp đặt mới trong thị trường điện gió trên bờ đã giảm xuống còn 72,5 GW vào năm 2021, nhưng đây vẫn là năm cao thứ hai trong lịch sử. Thị trường điện gió ngoài khơi đã có một năm kỷ lục với hơn 21 GW nối lưới, gấp ba lần so với năm trước, khiến năm 2021 trở thành năm cao nhất từ trước đến nay [4]. Hình 1-5: Biểu đồ tổng công suất điện gió lắp đặt mới hàng năm [4]
8 Nhờ sự tăng trưởng đáng kinh ngạc của việc lắp đặt ở các trang trại điện gió ngoài khơi ở Trung Quốc và điện gió trên bờ ở Việt Nam, Châu Á Thái Bình Dương tiếp tục dẫn đầu về phát triển điện gió toàn cầu với thị phần vào năm 2021 gần bằng với năm 2020. Được thúc đẩy bởi một năm kỷ lục về lắp đặt điện gió trên bờ, Châu Âu đã giành lại danh hiệu thị trường khu vực lớn thứ hai với tổng công suất là 19% cho các lắp đặt mới, riêng công suất lắp đặt tại khu vực Bắc Mỹ là 14%. Khu vực Châu Mỹ Latinh; Châu Phi và Trung Đông cũng có một năm kỷ lục về số lượt lắp đặt mới vào năm 2021 với thị phần toàn cầu lần lượt đạt 6% và 2%, nhưng hai khu vực này vẫn giữ nguyên vị trí như năm trước. Hình 1-6: Công suất lắp đặt điện gió mới theo vùng và thị phần của năm khu vực hàng đầu [4] Năm thị trường hàng đầu thế giới về sản lượng lắp đặt mới vào năm 2021 là Trung Quốc, Mỹ, Brazil, Việt Nam và Vương quốc Anh. Năm thị trường này cộng lại chiếm 75,1% tổng lượng lắp đặt trên toàn cầu vào năm 2021, thấp hơn 5,5% so với năm 2020, chủ yếu là do Trung Quốc và Hoa Kỳ mất tổng cộng 10% thị phần so với 2020, được thể hiện như hình 1-6. Nếu xét về lượng lắp đặt tích lũy, năm thị trường hàng đầu tính đến cuối năm 2021 vẫn không thay đổi, các thị trường đó là Trung Quốc, Mỹ, Đức, Ấn Độ và Tây Ban Nha, chiếm 72% tổng số lắp đặt điện gió trên thế giới, thấp hơn 1% so với 2020 [4].
9 Hình 1-7: Biểu đồ tổng công suất lắp đặt tích lũy hàng năm [4] 1.2.1.1. Tình hình thị trƣờng điện gió trên bờ Năm 2021, toàn cầu đã ghi nhận 72,5 GW công suất gió trên bờ được lắp đặt mới, nâng công suất gió trên bờ tích lũy lên 780 GW [4]. Các khu vực Châu Âu, Châu Mỹ Latinh, Châu Phi và Trung Đông đã có một năm kỷ lục về lượng lắp đặt mới trên bờ, nhưng tổng số công suất lắp đặt vào năm 2021 vẫn là 18 % thấp hơn so với năm 2020. Sự suy giảm chủ yếu là do sự chậm lại của điện gió trên đất liền ở hai thị trường điện gió lớn nhất thế giới là Trung Quốc và Mỹ. Trung Quốc đã có một năm kỷ lục về lắp đặt điện gió trên bờ vào năm 2020 với hơn 50 GW được lắp đặt trong một năm nhờ sự thúc đẩy của chính sách hỗ trợ của quốc gia. Mặc dù năm 2021, lượng công suất lắp đặt mới ở Trung Quốc giảm 39% so với năm 2020, nhưng thị trường điện gió trên bờ ở nước này vẫn đang được kỳ vọng sẽ đạt mức lắp đặt kỷ lục mới trong những năm tới khi Trung Quốc triển khai hoàn thành các mục tiêu mới. Hoa Kỳ đã đạt kỷ lục về lắp đặt điện gió trên bờ trong quý đầu tiên và quý thứ hai của năm 2021. Tuy nhiên, tốc độ tăng trưởng đã chậm lại trong nửa cuối năm do một số dự án bị trì hoãn và hoãn lại do các vấn đề về chuỗi cung ứng và các gián đoạn khác do dịch bệnh COVID-19 gây ra. Ngoài Trung Quốc với 30,7 GW và Hoa Kỳ với 12,7 GW thì năm thị trường dẫn đầu về công suất lắp đặt mới điện gió trên bờ trong năm 2021 còn có Brazil (3,8 GW), Việt Nam (2,7 GW) và Thụy Điển với 2,1 GW.
10 Bất chấp sự bùng phát trở lại của COVID-19, thị trường điện gió trên bờ của toàn cầu vẫn đang đi đúng hướng và dần đáp ứng các mục tiêu đề ra trong năm 2021. 1.2.1.2. Tình hình thị trƣờng điện gió ngoài khơi Năm 2021 đã ghi nhận 21,1 GW điện gió ngoài khơi được kết nối với lưới điện trên toàn thế giới, lập kỷ lục trong lịch sử điện gió ngoài khơi và nâng tổng công suất điện gió ngoài khơi toàn cầu lên 57,2 GW vào cuối năm 2021 [4]. Với những ưu thế về nguồn gió ngoài khơi, các quốc gia ở khu vực Châu Âu vẫn là thị trường phát triển ổn định, cụ thể trong tổng số 215 trang trại điện gió ngoài khơi đang hoạt động trên thế giới, chủ yếu tập trung ở khu vực Châu Âu với 110 trang trại, tiếp theo là châu Á với 103 trang trại và 2 trang trại ở Mỹ. Trung Quốc đã lập kỷ lục về điện gió ngoài khơi, khi chiếm hơn 80% thị trường với 45 trang trại điện gió với tổng công suất xấp xỉ 12,7 GW trên tổng số 53 trang trại điện gió ngoài khơi đưa vào hoạt động trong năm 2021. Trung Quốc đã nâng tổng công suất lắp đặt điện gió ngoài khơi của nước này lên 19,7 GW chiếm 40% trên tổng công suất toàn cầu [5]. Trung Quốc hiện đang đứng đầu về thị trường điện gió ngoài khơi với công suất gần như bằng công suất gió ngoài khơi của Anh và Đức cộng lại. Đức đang bị tụt hậu so với Trung Quốc và Anh với tổng công suất chỉ đạt 7,7 GW và không có công suất bổ sung vào năm 2021 được thể hiện như hình 1-8. Ngoài ra, một số quốc gia khác đang đẩy mạnh phát triển điện gió ngoài khơi, đóng góp vào tổng số trang trại điện gió ngoài khơi cũng như công suất trên toàn cầu là Hà Lan (2 trang trại mới) và Đan Mạch (1 trang trại mới). Năm 2021, còn đánh dấu sự phát triển của điện gió ngoài khơi, khi rất nhiều dự án được triển khai mới, dự kiến 17 GW công suất điện gió ngoài khơi được xây dựng mới. Trong đó, tổng công suất đang được xây dựng ở Trung Quốc lên đến 8 GW, với quy mô trung bình của mỗi dự án là 200 – 300 MW. Anh cũng đang triển khai một số dự án với quy mô 1.000 MW trở lên. Đặc biệt, Na Uy đang triển khai dự án điện gió ngoài khơi dạng nổi lớn nhất trên thế giới với công suất 88 MW [5].