Ngành công nghiệp năng lượng điện gió ở Việt Nam – tiềm năng và thách thức

Đứng trước nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng, cũng như nhu cầu xây dựng các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sạch. Double Good JSC xin gửi tới bạn đọc bài viết tổng quan về ngành năng lượng điện gió, các tiềm năng phát triển cũng như các thách thức gặp phải trong ngành sản xuất năng lượng mới này. Đi cùng với đó, Double Good tiếp cận những công nghệ mới nhất từ hãng Lincoln Electric cho ngành công nghiệp điện gió, chúng tôi sẽ đưa ra một số giải pháp có thể giải quyết được các bài toán hiện gặp trong các công ty sản xuất tháp điện gió. Xin mời bạn tham khảo.

Năng lượng gió và thị trường ngành năng lượng

Mục tiêu cho nguồn năng lượng tái tạo và năng lượng gió

Việt nam là một quốc gia có tốc độ phát triển kinh tế nhanh cùng với nhu cầu sử dụng năng lượng và điện năng ngày càng tăng. Để duy trì được nhu cầu điện năng ngày càng tăng, các nhà máy sản xuất điện đang được xây dựng, đặc biệt là nhà máy nhiệt điện (điện than). Bên cạnh nguồn nhiên liệu hóa thạch, thủy điện cũng là một phần rất quan trọng trong việc cung cấp điện cho Việt Nam khi chiếm tới 37.3% tổng công suất lắp đặt. Tổng công ty điện lực Việt Nam (EVN) là đơn vị độc quyền trong việc phân phối và truyền tải điện. Hiện nay, các nguồn năng lượng tái tạo chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong tổng sản lượng điện, nhưng các mục tiêu đầy tham vọng về loại năng lượng này đã được chính phủ đặt ra.

Phát triển năng lượng tái tạo giai đoạn 2016 -2030

Vào tháng 11.2015, chính phủ Việt Nam đã thông qua chiến lược phát triển nguồn năng lượng tái tạo 2016-2030 và tầm nhìn 2050, nó bắt đầu có hiệu lực từ năm 2016. Chiến lược này đưa ra các hướng dẫn phát triển nguồn năng lượng tái tạo trong nước và thiết lập các mục tiêu trung hạn, dài hạn một cách rõ ràng. Đặc biệt ở đây sẽ tập trung cho năng lượng gió, sinh học và năng lượng mặt trời. Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo này đề ra một loạt các mục tiêu đầy tham vọng, với ý định nâng tỷ lệ năng lượng tái tạo lên 44% tổng năng lượng tiêu thụ chính vào năm 2050. Tổng nguồn điện được tạo ra từ năng lượng gió sẽ tăng từ 140 MW ở thời điểm hiện tại lên 800MW vào năm 2020 và chiến lược sẽ đánh giá và xây dựng các khu vực điện gió ngoài khơi từ sau năm 2030.

Giá bán điện năng từ nguồn năng lượng tái tạo – Feed-in Tariff (FiT)

Để kích thích cho việc sản xuất nguồn năng lượng tái tạo, biểu giá bán điện từ nguồn năng lượng tái tạo FiT đã được giới thiệu tại Việt Nam từ năm 2011. Biểu giá cho năng lượng gió hiện tại ở Việt Nam là 7,8 USD/ kWh với thỏa thuận mua bán điện (PPA) trong vòng 20 năm. Trong tương lai gần, FiT sẽ tăng lên 8.77 USD/kWh đối với các dự án điện gió trên bờ và 9.97 USD/kWh đối với các dự án điện gió ngoài khơi.

Dưới đây là bảng dự đoán các nguồn năng lượng được sản xuất ở Việt Nam tới năm 2030

Năng lượng gió và tiềm năng phát triển

Nguồn năng lượng gió

Tại Việt Nam, một số nghiên cứu đo tốc độ gió đã được thực hiện. Việt Nam được coi là quốc gia có tài nguyên gió tốt nhất khu vực Đông Nam Á, đặc biệt là khu vực gần bờ/ ngoài khơi và trên bờ ở vùng ven biển phía nam của Việt Nam. Ở những khu vực này, tốc độ gió trung bình hàng năm từ 9-10m/s, nhìn chung, tốc độ gió đang giảm dần trong đất liền. Đáng chú ý là Việt Nam dễ bị ảnh hưởng mạnh bởi các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt như giông, bão đặc biệt vào đợt tháng 7, 8, 9 và tháng 10 hàng năm.

Phát triển các nông trường gió trên bờ và gần bờ

Một công cụ điều tiết nawng lượng gió ở Việt Nam đó là kế hoạch phát triển điện gió theo tỉnh (PWPDPs). Những kế hoạch này xác định các khu vực ưu tiên đẻ phát triển điện gió, trong đó đo gió đã được tiến hành. Cụ thể các khu vực trên bờ và gần bờ đã được lựa chọn, lựa trên tốc độ gió, địa hình và khả năng kết nối với mạng lưới điện quốc gia cũng như sử dụng đất và vùng đệm giữa các khu vực tiềm năng.

Tổng công suất lắp đặt 2.613 MW trong năm 2020 và 15.717 MW tới năm 2030 đã được phân bổ trong PWPDPs. Cách chỉ định dự án cho các khu vực này rất đa dạng: một số đang được phát triển, một số đang xây dựng và một số thì chưa rõ. Hiện tại, tổng công suất điện gió được lắp đặt là 186 MW, được chia thành bốn luồng gió kết nối với trang trại lưới điện có công suất từ 6 MW đến 100 MW.

Bảng dưới đây là kế hoạch phát triển năng lượng điện gió tại một số tỉnh tính tới năm 2030

Phát triển các nông trường gió ngoài khơi

Phát triển năng lượng gió ngoài khơi – xa bờ hiện chưa được chú trọng và quan tâm tới ở Việt Nam. Theo kế hoạch sẽ được đánh giá sau năm 2030. Đặc biệt là bờ biển phía đông bắc Thành phố Hồ Chí Minh là một khu vực đầy hứa hẹn, do có mực nước nông (khoảng từ 1 đến 25m) và trong phạm vi 50Km từ bờ, đồng thời có tốc độ gió ngoài khơi cao nhất Việt Nam.

Các quốc gia và công ty đang hoạt động tại thị trường năng lượng gió ở Việt Nam

Hiện có một số quốc gia đã hoạt động trong lĩnh vực năng lượng gió trong thời gian khá dài ở Việt Nam như: Đức, Đan Mạch, Anh và Mỹ. Ngoài ra có một số công ty mới đến từ Hà Lan, Úc. Họ có thể xây dựng dựa trên các mối quan hệ hiện có giữa các chính phủ và các bên liên quan đến lĩnh vực điện gió.

Các thách thức khi sản xuất năng lượng điện gió

Nhu cầu năng lượng đang tăng cao mặc dù các nước đang tìm cách giảm lượng khí thải CO2 và kiểm soát việc trái đất đang nóng lên. Tuy năng lượng gió cung cấp ít hơn than, khí đốt và dầu mỏ nhưng loại năng lượng tái tạo này ngày càng cạnh tranh về giá và sạch hơn, an toàn hơn các nguồn năng lượng khác. Hiện nay, ngành công nghiệp năng lượng gió chịu thách thức với nhu cầu ngày càng tăng trong khi phải cải tiến để giảm giá thành sản xuất, tăng hiệu quả và độ tin cậy.

Đây là một ngành sản xuất mang tính đặc thù cao

Việc xây dựng các Tuốc-bin gió, đặc biệt là các tháp gió đòi hỏi việc sử dụng một lượng lớn các thiết bị hàn. Quy trình hàn và vật liệu hàn có thể thay đổi dựa trên yêu cầu về chiều cao, thiết kế cũng như vị trí của tháp gió.

Tháp gió, thông thường được chế tạo từ thép 709 mác 50, bao gồm 3-4 modun ống, mỗi modun có đường kính từ 3-5m và chiều dài lên tới 30m. Các modun ống được chế tạo từ các “đoạn ống” nhỏ, các “đoạn ống” được chế tạo từ các mảnh thép tấm được lốc và hàn nhiều lớp lại với nhau bởi quá trình hàn dưới lớp thuốc. Các đoạn ống nhỏ này được hàn trên các dây truyền sản xuất ống lớn gọi là “Growing line”, sau khi lắp ráp với các ống bích ghép, chúng được chuyển qua công đoạn kiểm tra, phun bi làm sạch và sơn trước khi đưa ra ngoài công trường để ghép nối lại với nhau.

Các yêu cầu đối với công việc hàn cho các tháp ở ngoài khơi thường bị ảnh hưởng bởi kcihs thước tháp gió lớn, và các kết cấu chân đế liên quan cũng cần phải yêu cầu những loại vật liệu có chiều dày lớn và khả năng chịu tải trọng động, chịu mài mòn cao. Việc thực hiện các chi tiết với chiều dày và kích thước lớn sẽ yêu cầu phải hàn lâu hơn và tiêu tốn lượng vật liệu hàn nhiều hơn.

Chế tạo các tháp gió lớn hơn

Năm 2017, nhiều nhà sản xuất chết tạo trên khắp thế giới đã tập trung về hội thảo về năng lượng gió ở Cesena-Italy được đồng tài trợ và tổ chức bởi DAVI (một nhà sản xuất thiết bị lốc ống), HHG Group, PEMA và Lincoln Electric.

Tại hội thảo này, ông Teemu Tolonen – Trưởng phòng ứng dụng về sản xuất cột điện gió của PEMA welding automation đã phát biểu ý kiến và cho các nhà sản xuất chế tạo biết được những tháp điện gió lớn tới mức nào.

Thường với những kết cấu tháp điện gió trên cạn thì đường kính của mỗi modun ống từ 1.5-5m và chiều dày từ 15-60mm, và khối lượng của mỗi modun ống lên tới khoảng 100 tấn. Hơn nữa, một số phần của tháp yêu cầu ống dạng nón cụt, góc giữa đỉnh và đáy khác nhau từ từ 4-6 độ. Tolonen cho biết là hiện tại do nhu cầu tăng công suất nên kích thước của các tháp này đang có xu hướng tăng lên. Một số tháp kích thước cỡ trung đang được chế tạo và lắp ghép bởi những modun cao hơn để giảm thiểu số lượng các modun lắp ráp. Điều đó khiến cho kích thước và khối lượng của từng modun ngày càng tăng lên.

So với các tháp điện gió ngoài khơi, đường kính của các modun thường lớn hơn, và giao động từ 3-7.5m, và chiều dày của các tấm dùng để lốc lại từ 18-80mm, do đó kích thước của mỗi đoạn ống này thường lên tới 300 tấn. Ngoài ra, một khía cạnh khá độc đáo của các tháp điện gió ngoài khơi đó là chúng cần phải được neo lại tại những vị trí cố định trên biển. Bởi vậy, không giống như các kết cấu trên đất liền, các kết cấu chân đế cần bảo đảm được khả năng chịu mài mòn và tải trọng động do sóng biển và gió mạnh ngoài khơi. Chính vì thế, các kết cấu chân đế này thường sẽ có kích thước lớn và rộng hơn so với cả những tháp điện gió phía trên.

Loại chân đế ngoài khơi phổ biến nhất theo Tolonen đó là Monopile. Đây là những ông trụ tự nhiên giống như các modun ống của tháp gió nhưng lớn hơn và dày hơn. Đường kính của Monopipe thông thường là 5-8m và chiều dày từ 40-140mm, những đoạn kết cấu này có thể nặng tới 800 tấn. Với các thiết kế mới nhất, các Monopile và các bộ phận chuyển tiếp (transition piece) sẽ được liên kết với nhau bởi các chi tiết dạng côn được chế tạo phức tạp và hàn lại với nhau.

Tolenen nói thêm rằng, tới năm 2020, sẽ cần những Monopile lớn và rất lớn cho thế hệ Tuốc-bin gió mới nhất, với hệ thống này công suất có thể lên tới 10MW, và đường kính của ống lên tới 12m, khối lượng lên tới 1.800 tấn.

Nhu cầu cần thiết của một công nghệ mới

Lincoln Electric có các sản phẩm, kiến thức, kinh nghiệm cũng như giải pháp công nghệ toàn diện có thể giúp các nhà sản xuất tháp điện gió cải thiện được năng suất, chất lượng cũng như tối ưu hóa giá thành sản phẩm.

Trong hội thảo tại Cesena-Italy, các công nghệ mới nhất đã được giới thiệu, Lincoln sử dụng các công nghệ hàn dưới lớp thuốc đã được cải tiến về nguồn hàn, điều khiển cũng như tích hợp hệ thống tự động, từ đó có thể giúp doanh nghiệp của bạn tăng tối đa năng suất đắp của vật liệu từ đó giúp đẩy nhanh năng suất của quá trình sản xuất.

Xu thế mới, có thể kết hợp với hệ thống cắt tự động HHG 3D, với hệ thống hỗ trợ tự động hàn mới nhất của PEMA và hệ thống lốc ống của DAVI có thể giúp các nhà sản xuất theo kịp được các đơn hàng cho các thiết kế tuốc-bin và tháp gió cỡ lớn trong tương lai.

Chủ tịch của DAVI, ông Oaio Davi cho biết “Các máy móc của ngày hôm nay không liên quan gì đến các máy móc của ngày hôm qua. Trong vài năm gần đây, chúng tôi đã thiết kế lại dòng sản phẩm và động cơ cho một hệ thống dây truyền lốc ống hoàn chỉnh hơn. Và hệ thống máy móc mới này sẽ giúp ích rất nhiều cho các doanh nghiệp sản xuất trong tương lai. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng, việc đạt được những kết quả tốt chỉ có thể là do sự hợp tác chặt chẽ với những người dùng có kinh nghiệm của chúng tôi. Sự hợp tác chặt chẽ giữa các nhà sản xuất máy móc và những người sử dụng luôn là chìa khóa thành công.”

Giải pháp hàn tấm dày

Mặc dù, thường chi tiết lớn hơn và dày hơn sẽ cần nhiều thời gian hàn hơn. Tuy nhiên, với lựa chọn nguồn hàn mới như Power Wave AC/DC 1000 SD của Lincoln, thì việc tăng thời gian sản xuất là không cần thiết. Với công nghệ Tandem, Triple sử dụng nguồn hàn điều khiển dạng sóng theo công nghệ Power wave sẽ giúp thợ hàn dễ dàng vận hành và điều khiển chế độ hàn để đạt được hiệu quả cao nhất. Với công nghệ điều khiển dạng sóng cho phép người thợ có thể đẩy cao tốc độ hàn một cách đáng kể so với các nguồn hàn đời cũ, nhờ đó cải thiện được năng suất hàn, và giảm chi phí sản xuất. Ngoài ra, việc kết hợp sử dụng cùng lúc nhiều nguồn hàn, hàn với nhiều hồ quang sẽ giúp tăng năng suất đắp và giảm số lượng lớp đắp cần thiết để điền đầy liên kết hàn. Điều này giúp giảm thời gian sản xuất cũng như giảm lượng kim loại đắp, đóng góp vào việc giảm giá thành tổng thể của sản phẩm.

Hiện nay, công ty Double Good có thể tư vấn và chuyển giao các công nghệ hàn mới nhất như: Công nghệ hàn Tandem, Tandem tiny twin, Triple Arc, Công nghệ hàn Hyperfill,… của hãng Lincoln tới khách hàng của mình. Khách hàng có thể trực tiếp trải nghiệm các công nghệ hàn mới này tại phòng thí nghiệm của chúng tôi. Dưới đây là một số hình ảnh tham khảo.

Support giới thiệu công nghệ từ ông Võ Văn Phong, đại điện của Hãng Lincoln ở Việt Nam

Chuyên gia hàn của Double Good giới thiệu hoạt động của hệ thống hàn Tandem

Khách hàng tham quan và trải nghiệm các công nghệ hàn dưới lớp thuốc mới nhất

Trải nghiệm công nghệ hàn tự động ống mới nhất của Lincoln

Khách hàng xem mẫu sản phẩm hàn thực tế

Các số liệu viện dẫn trong bài viết được trích ra từ  báo cáo của WIND MINDS năm 2018, bài viết của Patrick Wahlen, The Lincoln Electric Company và The FABRICATOR