Tổng hợp về sự phát triển của máy phát điện tua bin gió trên thế giới

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

53
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết này tổng hợp và thống kê sự phát triển của các loại công nghệ tua bin gió khác nhau, cũng như đánh giá ưu khuyết điểm của từng loại. Ngoài ra, bài viết còn so sánh các tua bin gió trên phương diện kỹ thuật và xu hướng sử dụng của từng loại trên thị trường. Xu hướng sử dụng các loại máy phát điện với công suất 2.5MW và cao hơn sẽ được đánh giá trong bài viết này để tăng hiểu biết cho bạn đọc về thị trường máy phát điện sử dụng năng lượng gió.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tổng hợp về sự phát triển của máy phát điện tua bin gió trên thế giới

TỔNG HỢP VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN TUA BIN GIÓ TRÊN THẾ GIỚI N.GOUDARZU – W. D. ZHU Đại học Maryland, bang Baltimore, Hoa Kỳ KS. TRẦN KHÁNH HƯNG biên dịch Công ty Tư vấn điện miền Nam Năng lượng gió - một nguồn năng lượng sạch và dồi dào – $ược $ánh giá là một trong những nguồn cung năng lượng mới cho thế giới và hiện nay $ang $ược khai thác ngày càng nhiều. Trong những thập niên gần $ây, tua bin gió với các loại máy phát $iện khác nhau $ã $ược nghiên cứu nhằm gia tăng công suất khai thác, giảm chi phí, và mở rộng khả năng ứng dụng của tua bin gió cho các công trình ngoài biển và trong bờ. Bài viết này tổng hợp và thống kê sự phát triển của các loại công nghệ tua bin gió khác nhau, cũng như $ánh giá ưu khuyết $iểm của từng loại. Ngoài ra, bài viết còn so sánh các tua bin gió trên phương diện kỹ thuật và xu hướng sử dụng của từng loại trên thị trường. Xu hướng sử dụng các loại máy phát $iện với công suất 2.5MW và cao hơn sẽ $ược $ánh giá trong bài viết này $ể tăng hiểu biết cho bạn $ọc về thị trường máy phát $iện sử dụng năng lượng gió. 1. GIỚI THIỆU Trong những năm gần $ây, chất lượng $iện khi hòa lưới. Ngoài ra, các loại máy phát còn $ược năng lượng tái tạo nhận $ược so sánh các $iểm ưu nhược dựa trên những tiêu chuẩn kỹ thuật sự chú ý và ủng hộ mạnh mẽ chuyên sâu hơn $ể có thể kết luận $ược ý tưởng máy phát tối ưu trên toàn thế giới. Một vài loại nhất. Bài viết còn thống kê thị phần máy phát công suất trên 2.5MW năng lượng tái tạo như thủy sử dụng trong tua bin gió, xu hướng của thị trường và công nghệ $iện $ược coi như $ã hoàn máy phát $iện hiện nay trên thế giới. thiện về công nghệ, tuy nhiên, các loại năng lượng khác như 2. MÁY PHÁT ĐIỆN (SỬ DỤNG ĐIỆN TỪ) năng lượng mặt trời vẫn còn Máy phát $iện có thể $ược phân loại dựa trên phạm vi ứng dụng nhiều hạn chế. Năng lượng gió hoặc nguyên lý hoạt $ộng. Bài viết sẽ phân loại dựa trên nguyên lý $ã $ược sử dụng từ hai ngàn hoạt $ộng. Hình 1 thể hện các loại máy phát $iện, bao gồm các loại năm trước: cối xay gió tận máy phát DC (1 chiều) cho $ến máy phát sử dụng công nghệ tiên dụng năng lượng gió từ năm tiến như siêu dẫn nhiệt $ộ cao (high-temperature-superconduct- 200 trước công nguyên, sử ing - HTS). Bài viết chủ yếu tập trung vào máy phát $iện xoay chiều dụng roto tốc $ộ cố $ịnh. Năng nhiều pha (AC poly-phase) vì $ây là loại $ược sử dụng nhiều nhất lượng gió là một dạng năng trong nền công nghiệp năng lượng gió. lượng dồi dào, có sẵn trên toàn thế giới $ược coi là một lựa chọn rất tốt $ể làm nguồn cung phát $iện. Tua bin gió thu thập năng lượng $iện bằng việc sử dụng máy phát $ể chuyển $ổi $ộng năng sang $iện. Vì vậy, việc sử dụng máy phát hiệu quả, $áng tin cậy và $ơn giản hơn sẽ tối ưu hóa hiệu năng thu thập và tăng công suất $ầu ra. Bài viết $ánh giá những thiết kế khác nhau máy phát $iện tua bin gió (bao gồm trong bờ và ngoài biển) với những tiêu chí bao gồm: giới hạn tốc $ộ, giá thành, trọng lượng, kích thước, chỉ số Hình 1: Biểu đồ các loại máy phát 18 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018
AC machines: Máy phát $iện xoay chiều hư hỏng. Sản lượng $iện thu thập $ược hòa lưới Single phase: 1 pha thông qua converter $iện tử có giá thành cao và rất nhạy cảm với dòng quá tải. Ngoài ra, trong Synchronous: máy phát $ồng bộ trường hợp nhiễu $ộng lưới $iện, khả năng tự Shaded pole hysteresis Reluctance Per- $iều chỉnh của máy phát hoạt $ộng rất phức tạp. manent Magnet: máy phát cực từ xẻ rãnh 2.2 MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ (SG SYNCHRONOUS Induction: máy phát cảm ứng từ GENERATOR) Squirrel cage: máy phát lồng sóc Máy phát $ồng bộ (SGs ) là một thiết kế tân Wound rotor: máy phát rotor dây quấn tiến $ang dần dần $ược thị trường ưa chuộng trở Universal Machines: Máy phát vạn năng lại và $ang $ược coi là một dạng $ộng cơ có tính cạnh tranh cho dạng máy phát $iện cảm ứng. Polyphase: Nhiều pha Động cơ SG tốc $ộ cố $ịnh $ã $ược sử dụng trong Induction: cảm ứng từ tua bin gió. Máy phát $ồng bộ $a pha có nhiều Squirrel cage: máy phát lồng sóc loại thiết kế, như rotor dùng dòng một chiều từ hóa, rotor dùng bánh răng, rotor sử dụng nam Wound rotor: máy phát rotor dây quấn châm vĩnh cữu (PM – Permanent magnet), rotor Synchronous: $ồng bộ có từ trở (reluctance) biến thiên, cùng nhiều loại rotor khác $ã $ược nghiên cứu và phát triển. Wound field: từ trường kích Tua bin gió $a tốc không bánh răng thường sử Permanent magnet: nam châm vĩnh cữu dụng $ộng cơ SGs tốc $ộ thấp, moment xoắn cao. HTS: vật liệu siêu dẫn Rotor của máy phát truyền $ộng trực tiếp (DD – DC machines: máy phát một chiều Direct Drive) $ược kết nối trực tiếp vào trục của cánh rotor. Vì vậy máy phát DD phải xoay ở tốc Homopolar HTS: Vật liêu siêu dẫn $ồng cực $ộ thấp, dẫn $ến việc cần phải cung cấp moment xoắn lớn hơn so với các loại máy phát có truyền 2.1 MÁY PHÁT CẢM ỨNG $ộng. Máy phát DD không cần truyền $ộng, do 2.1.1 MÁY PHÁT ROTO LỒNG SÓC (SCIG $ó hệ cơ khí trong máy phát $ược có tải trọng thiết kế lớn $ể $ảm bảo khả năng chịu moment SQUIRREL-CAGE INDUCTION GENERATOR) xoắn lến, dẫn $ến máy phát có khối lượng và kích Máy phát roto lồng sóc (SCIG) là loại máy phát thước lớn. Tuy nhiên, giá thành chế tạo và tiếng tốc $ộ cố $ịnh thông dụng nhất trong các loại tua ồn $ược giảm $áng kể cũng như $ộ ổn $ịnh và tin bin gió trong một thời gian dài. Ưu $iểm của máy cậy của hệ thống $ược nâng cao vì loại trừ $ược phát SCIG là chi phí sản xuất $ại trà thấp, nguyên khả năng hư hỏng của bộ truyền $ộng. Vì những lý công nghệ $ơn giản, dễ sử dụng và kết nối ưu thế kể trên, máy phát truyền $ộng trực tiếp trực tiếp với lưới $iện. Tuy nhiên, tốc $ộ của máy (DD) $ược coi là một giải pháp kinh tế tốt mặc phát SCIG có khoảng giới hạn nhỏ và không thay dù tiền $ầu tư ban $ầu khá lớn. Thiết kế của máy $ổi $ược. Máy phát SCIG có hộp truyền $ộng $a phát DD có thể dựa trên một trong hai nhu cầu: cấp và hộp truyền $ộng luôn có công suất phản máy phát có kích thước nhỏ nhất với yêu cầu về kháng. công suất và hiệu năng, hoặc máy phát có hiệu 2.1.2 MÁY PHÁT CẢM ỨNG KÍCH TỪ KÉP năng lớn nhất với kích thước và công suất cố $ịnh. (DFIG DOUBLY-FED INDUCTION GENERATOR) Máy phát $iện truyền $ộng trực tiếp $ồng bộ Sự gia tăng trong công suất thu thập $ược, yêu thường $ược trang bị 3 cuộn dây pha trên sta- cầu chất lượng $iện khi hòa lưới cũng như chỉ tor; dây quấn rotor $ược cung cấp dòng DC từ tiêu giảm tải tiếng ồn và ứng suất tác dụng lên hệ một mạch $iện riêng biệt, dạng máy phát này thống truyền lực là những ưu tiên trong thiết kế $ược gọi là máy phát $iện $ồng bộ cảm ứng từ của máy phát DFIGs, loại máy phát $ược chế tạo EESGs (Electrically Excited Synchronous Genera- vào những năm cuối thập niên 90 với tốc $ộ vận tor). Thay vì dây quấn, rotor có thể sử dụng nam hành có thể thay $ổi $ược. Nguyên lý hoạt $ộng châm vĩnh cửu (PMs, Permanent Magnet), loại của DFIG khá giống với máy phát SCIG, nhưng máy phát này là máy phát $iện $ồng bộ sử dụng roto của DFIG có 3 cuộn dây pha thay vì một nam châm vĩnh cữu, gọi tắt là PMSG (Permanent lồng sóc như roto của SCIG. Máy phát DFIG có Magnet Synchronous Generator). khoảng tốc $ộ quay lớn nhờ vào kiểm soát chiều 2.2.1 MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ CẢM ỨNG TỪ của dòng công suất tác dụng, và công suất phản (EESG - ELECTRICALLY EXCITED SYNCHRONOUS kháng có thể kiểm soát $ược nhờ vào dòng $iện GENERATOR) roto trong converter. Ứng dụng chải than và hộp truyền $ộng $a cấp trong máy phát DFIG cần Máy phát EESG $ược sử dụng lần $ầu tiên ở $ược bảo dưỡng thường xuyên và có khả năng Đức vào năm 1992, $ược thiết kế bởi Enercon BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018 19
với tốc $ộ ứng với công dụng máy phát PMSG vào thiết kế tua bin gió của họ. Rotor trong máy suất 500kW. Stator của phát PMSG là những nam châm vĩnh cữu. Cảm ứng từ $ược cung cấp máy phát EESG giống với nhờ vào các nam châm này thay vì dùng dây cuộn kích từ, tuy nhiên máy phát cảm ứng $iện dây cuộc stator hoạt $ộng dựa trên nguyên tắc giống như máy phát ba với ba cuộn dây pha; rotor thì EESG. PMSGs có nhiều ưu $iểm so với EESG như $ường kính rotor của máy EESG có trục nhô có kích thước nhỏ hơn, không sử dụng những bộ phân cơ khí phức tạp ra thường $ược sử dụng ở dễ hư hỏng như cuộc kích $iện, việc tản nhiệt dễ dàng hơn, và tỉ lệ công tốc $ộ thấp. Biên $ộ và tần suất $ầu ra trên khối lượng tốt hơn. Công nghệ PMSG giảm trọng lượng số của $iện áp $ược kiểm cho máy phát nhờ vào loại bỏ bộ truyền $ộng, khe khí và khoảng từ soát bằng bộ chuyển $ổi cách tốt hơn giúp giảm thiểu liên kết từ thông. Khuyết $iểm của máy converter. So sánh với máy phát PMSG là giá thành cao của nam châm vĩnh cữu, sản xuất và lắp ráp. phát PMSG, EESG không cần Tình trạng khử từ của nam châm vĩnh cữu khi gặp nhiệt $ộ cao cũng dùng nam châm vĩnh cữu là một nhược $iểm của máy phát PMSG. Tuy nhiên, trong vài năm trở (PMs); nhờ $ó giảm thiểu lại $ây, những tiến bộ trong sản xuất nam châm vĩnh cữu cũng như giá giá thành sản xuất và máy thành sản xuất giảm $ang khiến cho máy phát PMSG trở nên hấp dẫn phát dạng EESG là loại máy hơn. Hình 2 thể hiện những chọn lựa trong thiết kế cho máy phát PMSG phát $ược sử dụng nhiều sử dụng trong tua bin gió truyền $ộng trực tiếp. Những phương án thiết nhất trong các máy phát kế bao gồm: dòng hướng tâm (dạng $ĩa), dòng ngang và dòng hướng truyền $ộng trực tiếp (DD) tâm. Thiết kế sử dụng dòng hướng tâm là thông dụng nhất. cỡ lớn trong tua bin gió. Một khuyết $iểm của EESG là việc phải kích dòng trong cuộc dây rotor bằng dòng một chiều sử dụng bàn chải carbon hay chổi than, hoặc sử dụng vòng tiếp $iện. Máy phát cần những bộ phận $iện tử $ắt tiền, cũng như nhu cầu làm mát là một trong những nhược $iểm khác. EESG thuờgn có kích thước $ường kính ro- tor rất lớn. Tuabin gió của Enercon, tuabin E-126 là một trong những tuabin trong $ất liền lớn nhất thế giới với công suất 7.58MW Hình 2: Biểu đồ các thiết kế của máy phát PMSGs trong tuabin truyền động trực có $ường kính rotor dài tiếp (DD turbine) 126m. Đường kính khổng lồ như vậy khiến cho việc vận chuyển và lắp $ặt rất PMSG khó khăn. Axial flux: dòng hướng trục 2.2.2 MÁY PHÁT ĐIỆN Single stator, single rotor: một stato một roto ĐỒNG BỘ SỬ DỤNG NAM One teetered stator, two rotors: stator treo, 2 rotor CHÂM VĨNH CỮU (PMSG Torus (one toothless stator, two rotors): hình xuyến (một – PERMANENT MAGNETS stator không răng, 2 roto) SYNCHRONOUS GENERATOR) Circumferential current: dòng &iện chạy chu vi Loại máy phát sử dụng sử dụng nam châm vĩnh cữu nam châm vĩnh cữu (PM) là Transverse flux: dòng hướng ngang $ược xem là ứng dụng tiên Radial flux: dòng hướng tâm tiến và có nhiều triển vọng nhất trong loại tuabin gió Trên thế giới hiện nay có 2 nhà sản xuất, Multibird của Đức/Pháp truyền $ộng trực tiếp (DD và WinWind của Phần Lan $ã có thể kết hợp một máy phát tua bin gió – direct driven). Tập $oàn truyền $ộng trực tiếp sử dụng nam châm vĩnh cữu (DD PM) với bộ General Electric (GE), Zeph- truyền $ộng một buồng. Thiết kế này tối giản hóa bộ truyền $ộng, giúp yros, Mitsubishi và Siemens cho máy phát có hiệu năng cao hơn so với tua bin gió ba buồng. là những nhà sản xuất ứng 20 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018
2.2.3 MÁY PHÁT ĐIỆN thường (5A/mm trong máy phát EESGs) nhờ vậy giảm $ược $áng kể ĐỒNG BỘ SỬ DỤNG VẬT kích thước của rotor. Khối lượng của máy phát cũng sẽ giảm từ 4 lần nếu LIỆU SIÊU DẪN (HTS SG so với máy phát DFIG, và 2 lần nếu so với máy phát PMSG. – HIGH TEMPERATURE 3. SO SÁNH GIỮA CÁC HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN SUPERCONDUCTIVITY Amieli và cộng sự $ã nghiên cứu tính khả thi của việc thay thế máy SYNCHRONOUS phát cảm ứng từ trong những trang trại phong năng bằng máy phát GENERATOR) PMSG (máy phát $iện $ồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cữu) và cho thấy Nghiên cứu về ứng rằng máy phát PMSG có lợi thế hơn về công suất, kích thước tuabin và dụng của vật liệu siêu dẫn cách hòa lưới. Những nghiên cứu của Soens, Poore and Lettenmaier, Li và (HTS) trong các loại máy Chen tập trung vào việc so sánh giữa máy phát cảm ứng từ và máy phát cơ khí có $ộng cơ quay PMSG trong tình trạng làm việc với tốc $ộ khác nhau. Ở hai công suất bắt $ầu từ nhữn gnăm khác nhau, 500kW và 3MW, máy phát PMSG có kích thước lớn hơn so với 1980. Vật liệu HTS thô, máy phát SCIG, tuy nhiên hiệu suất truyền $ộng tốt hơn và bộ truyền dây dẫn HTS hoặc sự kết $ộng cũng có trọng lượng nhỏ hơn. Bảng 1 tổng quan về công năng giữa hợp của chúng có thể sử các loại máy phát khác nhau (SCIG, DFIG, SG, PMSG, EESG, và máy phát dụng trong các máy HTS . HTS) trong ứng dụng tua bin gió công suất lớn. So sánh $ược phân vùng Ứng dụng vật liệu HTS $ể từ tốt (Excellent – E) $ến tồi (Poor – P). Từ khi tua bin gió truyền $ộng chế tạo máy, $ược biết là trực tiếp $ược sử dụng, bộ dẫn $ộng không còn là bắt buộc trong thiết những máy sử dụng công kế. Tuy nhiên, tuabin sử dụng truyền $ộng trực tiếp (DD) to hơn và $ắt nghệ $ồng bộ, cảm ứng tiền hơn so với tuabin sử dụng bộ dẫn $ộng. Bù lại tua bin DD bền hơn từ, hoặc $ồng cực $ã $ược và hiệu năng cao hơn. Tua bin DD với máy phát PMSG có thể $ược thiết nghiên cứu từ khá lâu. kế với kích thước và giá thành nhỏ hơn khi cùng công suất $ầu ra so với Hiện nay, thế hệ thứ hai máy phát EESG. Trong nghiên cứu về tuabin DD của Bang, có thể kết luận của vật liệu HTS $ã $ược rằng máy phát DD PMSG với bộ dẫn $ộng một buồng có công suất thất giới thiệu vào thị trường. thoát thấp hơn, công suất hiệu quả cao cũng như tỉ lệ năng lượng thu Tua bin gió không sử dụng $ược trên chi phí là tốt hơn so với máy phát SCIGs, DFIGs, EESG. Trong hộp truyền $ộng có tốc $ộ nghiên cứu của Lewis, máy phát HTS có thể giảm giá thành sản xuất nhờ xoay thấp hơn có thể sử vào việc sử dụng vật liệu HTS thế hệ thứ 2. Khi hoạt $ộng cùng công dụng dây HTS. Tập $oàn suất với nhau, máy phát HTS có hiệu năng và kích thước nhỏ hơn so với GE $ã tiến hành nghiên những máy phát cảm ứng khác. cứu phát triển máy phát Khi sử dụng Bảng 1, cần có sự thay $ổi và chỉnh sửa tùy theo mức $ộ $iện $ồng bộ có công suất quan trọng của từng tiêu chí $ánh giá. Những khía cạnh như kinh tế, môi 100MW sử dụng cuộc cảm trường, hạn chế về kỹ thuật cần $ược cân nhắc nhằm $ánh giá những ứng làm bằng vật liệu HTS. ứng dụng của tuabin gió một cách thiết thực nhất. Ví dụ như với tuabin Công ty Windtec Solution gió ngoài biển, những tiêu chí như bảo dưỡng, kích thước, $ộ phức tạp $ặt ra mục tiêu thiết kế khi lắp $ặt và $ộ bền sẽ quan trọng hơn so với $ộ ồn. tua pin gió có công suất 10MW sử dụng máy phát HTS. Máy phát HTS còn Bảng 1: So sánh về năng suất của từng loại máy phát có những ứng dụng khác ngoài tua bin gió như trong lĩnh vực hàng hải. Thế hệ mới của dây dẫn HTS $ảm bảo giá thành thấp hơn khoảng 25% so với thế hệ thứ nhất giúp cho việc ứng dụng vật liệu HTS có tính kinh tế hơn trong việc sản xuất tuabin gió. Cuộn HTS có thể hoạt $ộng ở nhiệt $ộ rất cao (cao hơn 30 $ộ Kelvin) và có thể làm mát dễ dàng nếu cho dù phải dùng tủ lạnh dân Torque density: Độ &ặc moment xoắn dụng bình thường. Mật $ộ Speed range: Khoảng tốc &ộ hoạt &ộng năng lượng $ạt $ược của Cost: Giá thành dây HTS (200A/mm) cao Size: Kích cỡ hơn so với vật liệu thông Gearbox requirement: Cần có bộ dẫn &ộng BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018 21
Converter size: Kích $ược công nhận là loại máy phát có hiệu suất cao nhất trong nhiều chủng thước bộ chuyển &ổi loại máy phát hiện hành trên thị trường. Hiệu năng cao của máy phát PM converter có nhược $iểm là chi phí sản xuất và nguyên vật liệu cao so với máy phát Efficiency: Hiệu suất DFIG. Bù lại cho chi phí $ầu tư ban $ầu cao là giảm thiểu chi phí bảo dưỡng Reliablilty: Độ bền và bộ phận thay thế. Máy phát sử dụng nam châm vĩnh cữu $ược công nhận Maintenance: Bảo trì là thiết kế có tính kinh tế nhất trong những loại máy phát thông dụng trên Noise level: Độ ồn thị trường Fault detection: Khả Để hiểu $ược xu hướng của máy phát dành riêng cho tuabia gió cỡ lớn, năng phát hiện lỗi thị trường máy phát với công suất từ 2.5MW trở lên cần $ược tách riêng và Power factor: Hệ số nghiên cứu. Bảng 2 và 3 thể thống kê các nhà sản xuất tua bin trên thế giới công suất với nhiều loại máy phát cảm ứng từ khác nhau (bao gồm máy phát loại SCIG Power quality: Chất và DFIG) và máy phát $ồng bộ (EESG và PMSG). Công suất $ầu ra cũng như lượng &iện $ường kính rotor của máy phát cũng $ược thống kê. Cần lưu ý rằng yếu tố Power range: Biên &ộ môi trường như sức và hướng gió sẽ ảnh hưởng $ến cánh quạt hứng gió của công suất tuabin $ể $ạt $ược công suất $iện yêu cầu. Khoảng 70% tuabin công suất Simple structure: Cấu lớn (2.5MW trở lên) loại sử dụng máy phát cảm ứng từ có công suất từ 2.5 trúc &ơn giản $ến 3MW. Máy phát cảm ứng từ loại DFIG của công ty Repower of Germany Reduce head-mass: có công suất 6MW là một trong những máy phát cảm ứng từ lớn nhất. Hơn Giảm khối lượng &ầu 65% của tuabin công suất lớn (2.5MW trở lên) loại sử dụng máy phát SG có trục công suất lớn hơn 3MW. Công ty Enercon của Đức sản xuất $ược loại máy 4. XU HƯỚNG PHÁT phát $ồng bộ EESG có công suất 7.58MW là tuabin lớn nhất sản xuất trong TRIỂN CỦA MÁY năm 2012. PHÁT TUA BIN GIÓ Thị trường máy phát không còn tập trung ứng dụng vào dạng máy SCIG từ những năm 1990 và từ khi dạng máy DFIG chiếm lĩnh thị trường từ năm 2003, SCIG là dạng máy phát có thị phần nhỏ nhất. Máy phát DFIG với khả năng vận hành $a tốc $ộ có nhiều ưu thế hơn so Bảng 2: Những tuabin cỡ lớn với máy phát cảm ứng từ trên thị trường Manufacturer: với máy SCIG dùng ro- Nhà sản xuất Power/rotor diameter: Tỉ số giữa công suất trên đường kính rotor tor quay cảm ứng. Từ cuối thập niên 2000, máy phát DFIG chiếm lĩnh thị trường với thị phần trên 85% vào năm 2008. Nhiều loại máy phát $ồng bộ (SG) khác có thị phần dao $ộng chút ít trong chu kỳ từ năm 1995 $ến 2004, nhưng nhìn chung $ều có sự tăng trưởng $ều trong thị trường tua bin gió. Thị trường tua bin gió ngoài biển gia tăng $áng kể dẫn $ến nhu cầu cho loại tua bin có công suất lớn và bền tăng cao. Tuy nhiên, Bảng 3: Những tuabin cỡ lớn với máy phát đồng bộ trên thị trường máy phát dùng nam Manufacturer: Nhà sản xuất Power/rotor diameter: Tỉ số giữa công suất trên đường châm vĩnh cữu (PM) kính rotor 22 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018
Máy phát DFIG dẫn thông. Ở mức hoạt $ộng công suất lớn, quá trình bảo dưỡng $ịnh kỳ và $ầu thị trường trong thập không $ịnh kỳ của máy phát sử dụng trong tuabin ngoài biển là rất dài kỷ gần $ây $ang dần dần và có chi phí lớn hơn so với tuabin gió trong bờ. Vì vậy, ứng dụng thiết kế tăng kích thước tuabin gió, PMSG vào những trường hợp trên (tuabin ngoài biển và hệ thống tuabin qua $ó giúp cho việc $ầu công suất lớn) có tính kinh tế tốt, số vốn $ầu tư ban $ầu tăng nhưng giảm tư cho các tuabin gió cỡ khối lượng bảo dưỡng trong quá trình vận hành. Những tuabin công suất lớn trở nên hấp dẫn hơn. lớn thường có công suất rơi vào khoảng từ 2.5MW $ến 3MW, trong cùng Máy phát DFIG sử dụng khoảng công suất này thì tuabin sử dụng máy phát SG chiếm khoảng 35%. Máy phát SG, $ặc biệt là loại máy phát sử dụng nam châm vĩnh cữu $ặt thấp nhưng bắt buộc $ang dẫn $ầu thị phần trong tuabin gió công suất cực lớn (trên 3MW). phải tháo dỡ một vài cấu Tuabin sử dụng máy phát PM công suất lớn trên 3MW thường có $ường kiện $ể bảo dưỡng, $ảm kính rotor lớn hơn so với máy phát cảm ứng từ có cùng công suất. bảo tính an toàn cho tu- Bảng 4 thể hiện thị phần của từng nhà sản xuất tuabin gió từ năm abin. Thị phần của máy 2005. Vestas $ang là công ty tiên phong trong thị trường tuabin gió với phát PMSG và EESG vẫn công suất từ 1 $ến 4.5MW. Tuy nhiên thị phần của Vestas giảm từ 34.1% chưa vượt mốc 22% nhưng trong năm 2004 $ến 12.9% trong năm 2011. Thị trường tuabin gió $ang $ang có $à tăng trưởng thu hút nhiều nhà $ầu tư, vì vậy thị trường cạnh tranh khốc liệt hơn so khá nhanh trong những với trước $ây. Có nhiều công ty mới xuất hiện lần $ầu tiên trong top mười năm gần $ây. Nhu cầu nhà sản xuất, Sinovel là một trong những công ty mới xuất hiện với thị cho tuabin gió công suất phần tăng từ 3.4% trong năm 2007 $ến 9.0% trong năm 2011. Những lớn có khả năng vận hành công ty khác như Siemens hầu hết giữ nguyên thị phần qua các năm. ở những vùng gió thổi Mitsubishi không còn nằm trong top 10 nhà sản xuất tuabin gió trên thế chậm và khả năng hòa giới gần $ây. Những công ty chuyên sản xuất tuabin cũng $ang $ưa tua- lưới $ơn giản hơn khiến bin gió vào trong tầm ngắm của họ với thị phần 5% vào năm 2005 nhưng cho những thiết kế PMSG $ến năm 2011 $ã lên $ến 21%. và EESG $ang dần trở nên hấp dẫn hơn. Máy phát sử dụng nam châm vĩnh cữu (PM) chủ yếu dùng nam châm sắt có giá thành cao hơn so với những bộ phận Tuy nhiên máy phát PM có $ộ bền và tin cây tốt hơn vì ít thành phần cơ khí hơn. Sắt không phải là vật liệu tốt nhất $ể sử dụng cho máy phát PM. Đồng là vật Bảng 4: Thống kê mười nhà sản xuất tuabin gió với thị phần lớn nhất từ năm liệu nhẹ hơn so với sắt, có 2005 -2011 Manufacturer: Nhà sản xuất khả năng tạo từ trường và tính dẫn $iện tốt $ược coi Công nghệ máy phát mới với giá thành thấp và $ộ tin cậy cao hơn giúp là loại vật liệu lý tưởng cho cho việc sản xuất máy phát công suất cực lớn dùng trong tuabin gió biển máy phát PM, tuy nhiên khả thi hơn. Vestas $ã khai triển tuabin gió biển với công nghệ tiên tiến giá thành vật liệu rất cao V-164 ứng dụng máy phát PMSG. Gaema $ã $ăng ký chứng chỉ sản xuất dẫn $ến việc sử dụng $ồng tuabin gió cỡ lớn (công suất 5MW) vào năm 2012 và lắp $ặt vào năm cho máy phát PM vẫn chưa 2014. SeaTitan $ã $ưa vào thị trường máy phát HTS với hiệu năng có thể mang tính kinh tế tốt nhất. lên $ến 96% với $ường kính rotor lên $ến 190m. Chướng ngại lớn nhất Những hạn chế về kết cấu chịu tải cũng như khả năng kiểm soát trong việc sử dụng máy công suất là những khó khăn $ầu tiên trong việc sử dụng máy phát phát PM so với máy phát công suất lớn cho tuabin ngoài biển. Tuabin gió truyền $ộng trực tiếp DFIG vẫn là giá thành $ầu của Enercon, tuabin E -126 có công suất 7.5MW không có bộ dẫn $ộng tư ban $ầu mặc dù hiệu mà sử dụng một bộ truyền $ộng trực tiếp - có giá thành rất $ắt và kết năng của máy PMSG có cấu rất lớn. Tuabin gió Clipper Windpower có công suất 2.5MW ở trang thể bù lại cho nhược $iểm trại phong năng công suất 20MW ở phía bắc thành phố New York bị hư này. Dù vậy, với những loại hỏng vì thiết kế kết cấu bị lỗi dẫn $ến việc phân bố moment xoắn không tuabin lớn với công suất $ều trong bộ truyền $ộng. Những nghiên cứu gần $ây trong công nghệ trên 3MW sử dụng trong truyền $ộng $a máy phát (MGD Multiple-Generator Drivetrain) $ang giải những dự án quy mô lớn quyết những vấn $ề lớn trong thiết kế MGD, giúp cho thiết kế MGD trở thì PMSG là lựa chọn phổ nên bền hơn và có khoảng tốc $ộ hoạt $ộng cao hơn. BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018 23
TỔNG qUAN VỀ 5. KẾT LUẬN So sánh giữa những chủng loại máy phát HỆ THỐNG NĂNG khác nhau, DFIGs $ang là dạng máy phát phổ biến nhất trong thị trường máy phát với hơn 80% thị phần tuabin gió. Tuy nhiên, do nhu cầu sử dụng tuabin công suất lớn $ang trên $à tăng trưởng, máy phát PMSG $ang thu hút LƯỢNG MẶT TRỜI TRÊN MÁI NHÀ $ược sự chú ý của những nhà $ầu tư trong vài năm trở lại $ây. Ưu $iểm của loại máy phát $ồng bộ (SG) với hệ thống dây HTS là kích thước nhỏ hơn khi vận hành ở cùng công suất (Bài 1) TS. ĐẶNG MẠNH CƯỜNG so với máy phát PMSG và DFIG $ang cho thấy ThS. TRƯƠNG TRUNG HIẾU khả năng ứng dụng máy phát SG vào sản xuất Trường Cao đẳng Điện lực TP. HCM tuabin gió có $ường kính rotor cực lớn. TÓM TẮT Sự gia tăng $áng kể của thị phần tuabin Năng lượng mặt trời $ang là nguồn năng lượng gió của các công ty vừa và nhỏ cho thấy tương tiềm năng và mang tính thời sự nhất tại Việt Nam lai phát triển mạnh mẽ của công nghệ phong tại thời +iểm hiện tại. Chính phủ +ã ban hành nhiều năng. Sự phát triển thần tốc của công nghệ sản chính sách ưu +ãi, trong +ó quan trọng nhất là giá xuất tuabin, cùng với sự ủng hộ mạnh mẽ của mua +iện, nhằm thu hút các nguồn lực +ầu tư của xã các chính phủ trên thế giới sẽ giúp cho năng hội vào lĩnh vực khá mới mẽ này. Hiện tại có rất nhiều lượng xanh ngày càng dồi dào và giúp cho con dự án năng lượng mặt trời $ược triển khai khắp trên người ngày càng ít phụ thuộc vào năng lượng cả nước, trong +ó +ối với các hộ gia +ình là lắp +ặt các hóa thạch. bộ năng lượng mặt trời trên mái nhà. BẢN TIN SEEA TÀI LIỆU THAM KHẢO sẽ lần lượt giới thiệu nhiều bài với kỳ vọng sẽ mang 1. Solyali D, Redfern MA (2009) Have wind +ến cho các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật những kiến thức turbines stop maturing? nền tảng nhất +ối $ối với chủ +ề này. In: IEEE 44th International Universities, Power 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA TẤM PIN NĂNG Engineering LƯỢNG MẶT TRỜI (NLMT) Conference (UPEC) Từ 1839: Alexandre-Edmund Becquerel, một 2. Carlin PW, Laxson AS, Muljadi EB (2001) The nhà vật lý thực nghiệm trẻ ở Pháp, phát hiện ra hiệu history and state of the art of variable-speed ứng quang $iện ở tuổi 19, trong khi giúp cha mình wind turbine technology.National Renewable thử nghiệm với các pin $iện phân tạo ra bởi hai $iện Energy Laboratory, NREL/TP-500-28607, cực kim loại. Golden 1888: Ed. Weston nhận $ược bằng sáng chế 3. Goudarzi N, Zhu WD, Bahari H (2013) Wind cho pin NLMT. energy conversion:the potential of a novel 1953: D. Chapin, C. Fuller và G. Pearson Silicon ducted turbine for residential and commercial thực hiện một pin năng lượng mặt trời có diện tích applications. In: Proceedings of the ASME(2013) bề mặt 2 cm2 với hiệu xuất 4% (công bố trên trang International bìa NY Times). Mechanical Engineering Congress & Exposition. 1954: tại Siemens ở Đức, G. Spenke và nhóm San Diego, California, USA (to be published) của ông phát triển một phương pháp hiệu quả cho 4. World Wind Energy Association Reports việc sản xuất poly-Si: Các nhà khoa học và chuyên (2011) World wind energy report 2010. World- gia từ Wacker và TU Munich tham gia trong công Wind Energy Association (WWEA),Bonn trình này với Siemens. Cái $ược gọi là Phương pháp 5. Global Wind Energy Reports (2012) Global Siemens là công nghệ chính $ể sản xuất pin NLMT và wind energy outlook 2012. Global Wind Energy bán dẫn loại Si. Council (GWEC), Brussels - 6. Goudarzi N (2011) Aerodynamic and elec- tride (PECVD) như lớp phản chiếu và lớp thụ $ộng, tromagnetic modeling and analysis of a mà hiện nay $ược áp dụng cho hầu như tất cả pin variable torque generator for wind turbine NLMT thương mại bằng Silicon. applications.Master Thesis, Department of Me- Năm 1982: sản xuất $iện quang trên toàn thế chanical Engineering, giới $ạt giá trị 10 MW. University of Maryland Baltimore County, Bal- 1982: một nhà máy quang $iện 01 MW $ược timore, MD, USA xây dựng bởi ARCO Solar với 100 trackers lưỡng trục với c-Si module $i vào sử dụng tại California. 24 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018