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

ễ dàng nếu cho 
dù phải dùng tủ lạnh dân 
dụng bình thường. Mật $ộ 
năng lượng $ạt $ược của 
dây HTS (200A/mm) cao 
hơn so với vật liệu thông 
thường (5A/mm trong máy phát EESGs) nhờ vậy giảm $ược $áng kể 
kích thước của rotor. Khối lượng của máy phát cũng sẽ giảm từ 4 lần nếu 
so với máy phát DFIG, và 2 lần nếu so với máy phát PMSG. 
3. SO SÁNH GIỮA CÁC HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN
Amieli và cộng sự $ã nghiên cứu tính khả thi của việc thay thế máy 
phát cảm ứng từ trong những trang trại phong năng bằng máy phát 
PMSG (máy phát $iện $ồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cữu) và cho thấy 
rằng máy phát PMSG có lợi thế hơn về công suất, kích thước tuabin và 
cách hòa lưới. Những nghiên cứu của Soens, Poore and Lettenmaier, Li và 
Chen tập trung vào việc so sánh giữa máy phát cảm ứng từ và máy phát 
PMSG trong tình trạng làm việc với tốc $ộ khác nhau. Ở hai công suất 
khác nhau, 500kW và 3MW, máy phát PMSG có kích thước lớn hơn so với 
máy phát SCIG, tuy nhiên hiệu suất truyền $ộng tốt hơn và bộ truyền 
$ộng cũng có trọng lượng nhỏ hơn. Bảng 1 tổng quan về công năng giữa 
các loại máy phát khác nhau (SCIG, DFIG, SG, PMSG, EESG, và máy phát 
HTS) trong ứng dụng tua bin gió công suất lớn. So sánh $ược phân vùng 
từ tốt (Excellent – E) $ến tồi (Poor – P). Từ khi tua bin gió truyền $ộng 
trực tiếp $ược sử dụng, bộ dẫn $ộng không còn là bắt buộc trong thiết 
kế. Tuy nhiên, tuabin sử dụng truyền $ộng trực tiếp (DD) to hơn và $ắt 
tiền hơn so với tuabin sử dụng bộ dẫn $ộng. Bù lại tua bin DD bền hơn 
và hiệu năng cao hơn. Tua bin DD với máy phát PMSG có thể $ược thiết 
kế với kích thước và giá thành nhỏ hơn khi cùng công suất $ầu ra so với 
máy phát EESG. Trong nghiên cứu về tuabin DD của Bang, có thể kết luận 
rằng máy phát DD PMSG với bộ dẫn $ộng một buồng có công suất thất 
thoát thấp hơn, công suất hiệu quả cao cũng như tỉ lệ năng lượng thu 
$ược trên chi phí là tốt hơn so với máy phát SCIGs, DFIGs, EESG. Trong 
nghiên cứu của Lewis, máy phát HTS có thể giảm giá thành sản xuất nhờ 
vào việc sử dụng vật liệu HTS thế hệ thứ 2. Khi hoạt $ộng cùng công 
suất với nhau, máy phát HTS có hiệu năng và kích thước nhỏ hơn so với 
những máy phát cảm ứng khác. 
Khi sử dụng Bảng 1, cần có sự thay $ổi và chỉnh sửa tùy theo mức $ộ 
quan trọng của từng tiêu chí $ánh giá. Những khía cạnh như kinh tế, môi 
trường, hạn chế về kỹ thuật cần $ược cân nhắc nhằm $ánh giá những 
ứng dụng của tuabin gió một cách thiết thực nhất. Ví dụ như với tuabin 
gió ngoài biển, những tiêu chí như bảo dưỡng, kích thước, $ộ phức tạp 
khi lắp $ặt và $ộ bền sẽ quan trọng hơn so với $ộ ồn. 
Bảng 1: So sánh về năng suất của từng loại máy phát 
Torque density: Độ &ặc moment xoắn 
Speed range: Khoảng tốc &ộ hoạt &ộng 
Cost: Giá thành 
Size: Kích cỡ 
Gearbox requirement: Cần có bộ dẫn &ộng 
BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018 21 
Converter size: Kích 
thước bộ chuyển &ổi 
converter 
Efficiency: Hiệu suất 
Reliablilty: Độ bền 
Maintenance: Bảo trì 
Noise level: Độ ồn 
Fault detection: Khả 
năng phát hiện lỗi 
Power factor: Hệ số 
công suất 
Power quality: Chất 
lượng &iện 
Power range: Biên &ộ 
công suất 
Simple structure: Cấu 
trúc &ơn giản 
Reduce head-mass: 
Giảm khối lượng &ầu 
trục
4. XU HƯỚNG PHÁT 
TRIỂN CỦA MÁY 
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 
với máy SCIG dùng ro-
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, 
máy phát dùng nam 
châm vĩnh cữu (PM) 
$ược công nhận là loại máy phát có hiệu suất cao nhất trong nhiều chủng 
loại máy phát hiện hành trên thị trường. Hiệu năng cao của máy phát PM 
có nhược $iểm là chi phí sản xuất và nguyên vật liệu cao so với máy phát 
DFIG. Bù lại cho chi phí $ầu tư ban $ầu cao là giảm thiểu chi phí bảo dưỡng 
và bộ phận thay thế. Máy phát sử dụng nam châm vĩnh cữu $ược công nhận 
là thiết kế có tính kinh tế nhất trong những loại máy phát thông dụng trên 
thị trường
Để hiểu $ược xu hướng của máy phát dành riêng cho tuabia gió cỡ lớn, 
thị trường máy phát với công suất từ 2.5MW trở lên cần $ược tách riêng và 
nghiên cứu. Bảng 2 và 3 thể thống kê các nhà sản xuất tua bin trên thế giới 
với nhiều loại máy phát cảm ứng từ khác nhau (bao gồm máy phát loại SCIG 
và DFIG) và máy phát $ồng bộ (EESG và PMSG). Công suất $ầu ra cũng như 
$ường kính rotor của máy phát cũng $ược thống kê. Cần lưu ý rằng yếu tố 
môi trường như sức và hướng gió sẽ ảnh hưởng $ến cánh quạt hứng gió của 
tuabin $ể $ạt $ược công suất $iện yêu cầu. Khoảng 70% tuabin công suất 
lớn (2.5MW trở lên) loại sử dụng máy phát cảm ứng từ có công suất từ 2.5 
$ến 3MW. Máy phát cảm ứng từ loại DFIG của công ty Repower of Germany 
có công suất 6MW là một trong những máy phát cảm ứng từ lớn nhất. Hơn 
65% của tuabin công suất lớn (2.5MW trở lên) loại sử dụng máy phát SG có 
công suất lớn hơn 3MW. Công ty Enercon của Đức sản xuất $ược loại máy 
phát $ồng bộ EESG có công suất 7.58MW là tuabin lớn nhất sản xuất trong 
năm 2012. 
Bảng 2: Những tuabin cỡ lớn với máy phát cảm ứng từ trên thị trường Manufacturer: 
Nhà sản xuất Power/rotor diameter: Tỉ số giữa công suất trên đường kính rotor
Bảng 3: Những tuabin cỡ lớn với máy phát đồng bộ trên thị trường 
Manufacturer: Nhà sản xuất Power/rotor diameter: Tỉ số giữa công suất trên đường 
kính rotor
22 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018
Máy phát DFIG dẫn 
$ầu thị trường trong thập 
kỷ gần $ây $ang dần dần 
tăng kích thước tuabin gió, 
qua $ó giúp cho việc $ầu 
tư cho các tuabin gió cỡ 
lớn trở nên hấp dẫn hơn. 
Máy phát DFIG sử dụng 
WǕU
MJǯV
UI¨Q
Sǣ

DIJ
QI¬
MǗQ

$ặt thấp nhưng bắt buộc 
phải tháo dỡ một vài cấu 
kiện $ể bảo dưỡng, $ảm 
bảo tính an toàn cho tu-
abin. Thị phần của máy 
phát PMSG và EESG vẫn 
chưa vượt mốc 22% nhưng 
$ang có $à tăng trưởng 
khá nhanh trong những 
năm gần $ây. Nhu cầu 
cho tuabin gió công suất 
lớn có khả năng vận hành 
ở những vùng gió thổi 
chậm và khả năng hòa 
lưới $ơn giản hơn khiến 
cho những thiết kế PMSG 
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 
UI¨Q
DȏB
N Z
QI U
%'*(

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 
liệu nhẹ hơn so với sắt, có 
khả năng tạo từ trường và 
tính dẫn $iện tốt $ược coi 
là loại vật liệu lý tưởng cho 
máy phát PM, tuy nhiên 
giá thành vật liệu rất cao 
dẫn $ến việc sử dụng $ồng 
cho máy phát PM vẫn chưa 
mang tính kinh tế tốt nhất. 
Chướng ngại lớn nhất 
trong việc sử dụng máy 
phát PM so với máy phát 
DFIG vẫn là giá thành $ầu 
tư ban $ầu mặc dù hiệu 
năng của máy PMSG có 
thể bù lại cho nhược $iểm 
này. Dù vậy, với những loại 
tuabin lớn với công suất 
trên 3MW sử dụng trong 
những dự án quy mô lớn 
thì PMSG là lựa chọn phổ 
thông. Ở mức hoạt $ộng công suất lớn, quá trình bảo dưỡng $ịnh kỳ và 
không $ịnh kỳ của máy phát sử dụng trong tuabin ngoài biển là rất dài 
và có chi phí lớn hơn so với tuabin gió trong bờ. Vì vậy, ứng dụng thiết kế 
PMSG vào những trường hợp trên (tuabin ngoài biển và hệ thống tuabin 
công suất lớn) có tính kinh tế tốt, số vốn $ầu tư ban $ầu tăng nhưng giảm 
khối lượng bảo dưỡng trong quá trình vận hành. Những tuabin công suất 
lớn thường có công suất rơi vào khoảng từ 2.5MW $ến 3MW, trong cùng 
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 
$ang dẫn $ầu thị phần trong tuabin gió công suất cực lớn (trên 3MW). 
Tuabin sử dụng máy phát PM công suất lớn trên 3MW thường có $ường 
kính rotor lớn hơn so với máy phát cảm ứng từ có cùng công suất. 
Bảng 4 thể hiện thị phần của từng nhà sản xuất tuabin gió từ năm 
2005. Vestas $ang là công ty tiên phong trong thị trường tuabin gió với 
công suất từ 1 $ến 4.5MW. Tuy nhiên thị phần của Vestas giảm từ 34.1% 
trong năm 2004 $ến 12.9% trong năm 2011. Thị trường tuabin gió $ang 
thu hút nhiều nhà $ầu tư, vì vậy thị trường cạnh tranh khốc liệt hơn so 
với trước $ây. Có nhiều công ty mới xuất hiện lần $ầu tiên trong top mười 
nhà sản xuất, Sinovel là một trong những công ty mới xuất hiện với thị 
phần tăng từ 3.4% trong năm 2007 $ến 9.0% trong năm 2011. Những 
công ty khác như Siemens hầu hết giữ nguyên thị phần qua các năm. 
Mitsubishi không còn nằm trong top 10 nhà sản xuất tuabin gió trên thế 
giới gần $ây. Những công ty chuyên sản xuất tuabin cũng $ang $ưa tua-
bin gió vào trong tầm ngắm của họ với thị phần 5% vào năm 2005 nhưng 
$ến năm 2011 $ã lên $ến 21%. 
Bảng 4: Thống kê mười nhà sản xuất tuabin gió với thị phần lớn nhất từ năm 
2005 -2011 Manufacturer: Nhà sản xuất
Công nghệ máy phát mới với giá thành thấp và $ộ tin cậy cao hơn giúp 
cho việc sản xuất máy phát công suất cực lớn dùng trong tuabin gió biển 
khả thi hơn. Vestas $ã khai triển tuabin gió biển với công nghệ tiên tiến 
V-164 ứng dụng máy phát PMSG. Gaema $ã $ăng ký chứng chỉ sản xuất 
tuabin gió cỡ lớn (công suất 5MW) vào năm 2012 và lắp $ặt vào năm 
2014. SeaTitan $ã $ưa vào thị trường máy phát HTS với hiệu năng có thể 
lên $ến 96% với $ường kính rotor lên $ến 190m. 
Những hạn chế về kết cấu chịu tải cũng như khả năng kiểm soát 
công suất là những khó khăn $ầu tiên trong việc sử dụng máy phát 
công suất lớn cho tuabin ngoài biển. Tuabin gió truyền $ộng trực tiếp 
của Enercon, tuabin E -126 có công suất 7.5MW không có bộ dẫn $ộng 
mà sử dụng một bộ truyền $ộng trực tiếp - có giá thành rất $ắt và kết 
cấu rất lớn. Tuabin gió Clipper Windpower có công suất 2.5MW ở trang 
trại phong năng công suất 20MW ở phía bắc thành phố New York bị hư 
hỏng vì thiết kế kết cấu bị lỗi dẫn $ến việc phân bố moment xoắn không 
$ều trong bộ truyền $ộng. Những nghiên cứu gần $ây trong công nghệ 
truyền $ộng $a máy phát (MGD Multiple-Generator Drivetrain) $ang giải 
quyết những vấn $ề lớn trong thiết kế MGD, giúp cho thiết kế MGD trở 
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 
HỆ THỐNG NĂNG 
LƯỢNG MẶT TRỜI 
TRÊN MÁI NHÀ
(Bài 1)
5. KẾT LUẬN
So sánh giữa những chủng loại máy phát 
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 
$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 
so với máy phát PMSG và DFIG $ang cho thấy 
khả năng ứng dụng máy phát SG vào sản xuất 
tuabin gió có $ường kính rotor cực lớn. 
Sự gia tăng $áng kể của thị phần tuabin 
gió của các công ty vừa và nhỏ cho thấy tương 
lai phát triển mạnh mẽ của công nghệ phong 
năng. Sự phát triển thần tốc của công nghệ sản 
xuất tuabin, cùng với sự ủng hộ mạnh mẽ của 
các chính phủ trên thế giới sẽ giúp cho năng 
lượng xanh ngày càng dồi dào và giúp cho con 
người ngày càng ít phụ thuộc vào năng lượng 
hóa thạch. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Solyali D, Redfern MA (2009) Have wind 
turbines stop maturing?
In: IEEE 44th International Universities, Power 
Engineering
Conference (UPEC)
2. Carlin PW, Laxson AS, Muljadi EB (2001) The 
history and state of the art of variable-speed 
wind turbine technology.National Renewable
Energy Laboratory, NREL/TP-500-28607, 
Golden
3. Goudarzi N, Zhu WD, Bahari H (2013) Wind 
energy conversion:the potential of a novel 
ducted turbine for residential and commercial 
applications. In: Proceedings of the ASME(2013) 
International
Mechanical Engineering Congress & Exposition. 
San Diego, California, USA (to be published)
4. World Wind Energy Association Reports 
(2011) World wind energy report 2010. World-
Wind Energy Association (WWEA),Bonn
5. Global Wind Energy Reports (2012) Global 
wind energy outlook 2012. Global Wind Energy 
Council (GWEC), Brussels
6. Goudarzi N (2011) Aerodynamic and elec-
tromagnetic modeling and analysis of a 
variable torque generator for wind turbine 
applications.Master Thesis, Department of Me-
chanical Engineering,
University of Maryland Baltimore County, Bal-
timore, MD, USA
TS. ĐẶNG MẠNH CƯỜNG 
ThS. TRƯƠNG TRUNG HIẾU
Trường Cao đẳng Điện lực TP. HCM
TÓM TẮT
Năng lượng mặt trời $ang là nguồn năng lượng 
tiềm năng và mang tính thời sự nhất tại Việt Nam 
tại thời +iểm hiện tại. Chính phủ +ã ban hành nhiều 
chính sách ưu +ãi, trong +ó quan trọng nhất là giá 
mua +iện, nhằm thu hút các nguồn lực +ầu tư của xã 
hội vào lĩnh vực khá mới mẽ này. Hiện tại có rất nhiều 
dự án năng lượng mặt trời $ược triển khai khắp trên 
cả nước, trong +ó +ối với các hộ gia +ình là lắp +ặt các 
bộ năng lượng mặt trời trên mái nhà. BẢN TIN SEEA 
sẽ lần lượt giới thiệu nhiều bài với kỳ vọng sẽ mang 
+ến cho các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật những kiến thức 
nền tảng nhất +ối $ối với chủ +ề này.
1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA TẤM PIN NĂNG 
LƯỢNG MẶT TRỜI (NLMT)
¾ Từ 1839: Alexandre-Edmund Becquerel, một 
nhà vật lý thực nghiệm trẻ ở Pháp, phát hiện ra hiệu 
ứng quang $iện ở tuổi 19, trong khi giúp cha mình 
thử nghiệm với các pin $iện phân tạo ra bởi hai $iện 
cực kim loại.
¾ 1888: Ed. Weston nhận $ược bằng sáng chế 
cho pin NLMT.
¾ 1953: D. Chapin, C. Fuller và G. Pearson Silicon 
thực hiện một pin năng lượng mặt trời có diện tích 
bề mặt 2 cm2 với hiệu xuất 4% (công bố trên trang 
bìa NY Times).
¾ 1954: tại Siemens ở Đức, G. Spenke và nhóm 
của ông phát triển một phương pháp hiệu quả cho 
việc sản xuất poly-Si: Các nhà khoa học và chuyên 
gia từ Wacker và TU Munich tham gia trong công 
trình này với Siemens. Cái $ược gọi là Phương pháp 
Siemens là công nghệ chính $ể sản xuất pin NLMT và 
bán dẫn loại Si.
¾ 
3
)F[FM
HJȃJ
UIJǯV
1MBTNB
4JMJDPO
/J-
tride (PECVD) như lớp phản chiếu và lớp thụ $ộng, 
mà hiện nay $ược áp dụng cho hầu như tất cả pin 
NLMT thương mại bằng Silicon.
¾ Năm 1982: sản xuất $iện quang trên toàn thế 
giới $ạt giá trị 10 MW.
¾ 1982: một nhà máy quang $iện 01 MW $ược 
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