Offshore wind power and the potential for ancillary industry development in Vietnam

Commitment to carbon neutrality - Opportunities for Vietnam to develop offshore wind power?

According to calculations by the Global Wind Energy Council (GWEC), to achieve the NZE2050 target, the world needs to add 86 GW of annual wind power capacity, equivalent to 469 GW over the next five years. It is expected that by 2050, the world needs to install 2 TW of wind power. In particular, the share of offshore wind power will increase from 10% in 2020 to 19% in 2024.

With more than 3,000 km of coastline and a total sea area of about 1 million square kilometers, Vietnam has great offshore wind power potential. Many studies have shown that the average annual wind speed at an altitude of 100 m in Vietnam's waters can reach 9÷10 m/s. According to the World Bank's Energy Management Assistance Program (WB-ESMAP), based on wind maps at an altitude of 100 m and in the range of 200 km of waters up to shore, combined with seabed terrain survey data from GEBCO, vietnam has technical wind potential of 599 GW (including 261 GW of offshore wind power with fixed foundation system and 338 GW of offshore wind power with floating foundation system).

According to a number of reports from the Government and Vietnam Electricity Group (EVN)[3], the total offshore wind power capacity registered by localities with the Ministry of Industry and Trade (until December 2021) amounts to 129 GW, showing great potential and attraction from this sector and once again affirming that the trend of offshore wind power development is in line with the development trend. The development of the world.

1. Trends in selection of offshore wind power construction locations:

Vị trí được lựa chọn để phát triển các dự án điện gió ngoài khơi liên quan đến các yếu tố chính: Độ sâu đáy biển, khoảng cách so với bờ, sự hiểu biết về địa điểm dự án, quy mô dự án và hạ tầng hỗ trợ.

Nghiên cứu của Văn phòng Năng lượng tái tạo và Hiệu quả năng lượng (Energy.gov, US) trong tài liệu Offshore Wind Market Report: 2021 Edition [4] đã chỉ ra rằng các dự án điện gió ngoài khơi mới trên toàn cầu có xu hướng phát triển với quy mô công suất lớn hơn, xa bờ hơn và nằm ở các vùng nước sâu hơn (Hình 1).

Hình 1: Độ sâu đáy biển và khoảng cách tới bờ của các dự án điện gió ngoài khơi toàn cầu theo các giai đoạn. (Nguồn: Offshore Wind Market Report: 2021 Edition).

Xu hướng phát triển dự án với khoảng cách xa bờ tại các vùng biển sâu hơn có thể là do sự cải tiến công nghệ ngày càng tăng của cấu trúc móng, sự am hiểu tường tận về địa điểm dự án cũng như đánh giá các rủi ro có thể xảy ra thông qua quá trình khảo sát hải văn, địa kỹ thuật, luồng hàng hải… và sự khan hiếm của các địa điểm gần bờ do nhu cầu đầu tư ngày càng tăng. Bên cạnh đó, tiến bộ không ngừng của hệ thống hạ tầng lưới điện (chẳng hạn như công nghệ cáp ngầm biển cao áp, hệ thống điện một chiều siêu cao áp (HVDC) giúp truyền tải được nhiều điện hơn, đi xa hơn và tổn thất truyền tải thấp hơn.

Hình 2 và Hình 3 thể hiện chi tiết khoảng cách của các dự án điện gió ngoài khơi so với bờ và độ sâu mực nước đến thời điểm 2020 và xu thế đến năm 2025:

Hình 2: Khoảng cách tới bờ của các dự án ĐGNK toàn cầu - xu hướng đến năm 2025. (Nguồn: Offshore Wind Market Report: 2021 Edition).

Khoảng cách trung bình đến bờ tăng lên theo thời gian nhưng dường như đạt đỉnh vào khoảng năm 2018 và dự kiến ​​sẽ giảm đến năm 2024. Xu hướng phản trực giác này có thể được giải thích một phần là do sự mở rộng nhanh chóng của năng lượng gió ngoài khơi vào các thị trường châu Á mới, đặc biệt là Trung Quốc, nơi có các môi trường pháp lý khác nhau và các mối quan tâm xã hội đã cho phép các dự án được xây dựng gần bờ hơn so với ở châu Âu. Mặc dù có ít sự chắc chắn hơn về các dự án tiếp tục vào trong tương lai, dữ liệu chỉ ra rằng sự sụt giảm của đường cong toàn cầu thể hiện trong Hình 2 có thể chỉ là tạm thời và các dự án ở cả châu Á và phần còn lại của thế giới cuối cùng sẽ xa bờ hơn sau năm 2024.

Độ sâu mực nước trung bình theo thời gian đối với các dự án gió ngoài khơi toàn cầu được thể hiện trong Hình 3. Xu hướng lịch sử của việc tăng mực nước sâu hơn một chút vào năm 2020, nhưng đến năm 2024, dữ liệu cho thấy xu hướng đối với các dự án nước sâu hơn sẽ tiếp tục. Như trong trường hợp khoảng cách đến bờ, quỹ đạo tương đối bằng phẳng đối với độ sâu của nước được cho là do số lượng lớn các dự án ban đầu của châu Á nằm gần bờ hơn và ở những vùng nước nông hơn. Dữ liệu chỉ ra rằng sau năm 2025, xu hướng châu Á và toàn cầu sẽ hội tụ và cùng hướng tới độ sâu lớn hơn.

Hình 3: Độ sâu mức nước biển của các dự án ĐGNK - xu hướng đến năm 2025. (Nguồn: Offshore Wind Market Report: 2021 Edition).

Tại Việt Nam, tính đến thời điểm 31/10/2021, phần lớn các nhà máy điện gió ngoài biển đã vận hành thương mại được xây dựng trên bãi bồi ven biển khu vực miền Tây nam Việt Nam (trong phạm vi giới hạn nằm ngoài đường mép nước biển thấp nhất trung bình trong nhiều năm và nằm trong đường 3 hải lý ~ 5,6 km), khu vực này có độ sâu mực nước nông (2÷10m), nền địa chất yếu, ít ảnh hưởng đến hoạt động hàng hải.

Sau làn sóng đầu tư ồ ạt để được hưởng được mức giá bán điện ưu đãi FIT 2 của điện gió (theo Quyết định 39/2018/QĐ-TTg), mục tiêu mà các nhà đầu tư hướng đến trong giai đoạn tiếp theo là xây dựng các dự án điện gió xa bờ hơn, ở các vùng nước sâu hơn, nơi có tốc độ gió tốt hơn phù hợp để xây dựng các trang trại gió quy mô từ vài trăm đến vài nghìn MW.

Tính tới thời điểm tháng 10/2021, có 35 dự án điện gió ngoài khơi đang được nghiên cứu và triển khai với tổng công suất dự kiến lên đến 60 GW, tiến độ được đề xuất trong các giai đoạn 2021 ÷ 2025. Con số này tiếp tục tăng rất nhanh trong thời gian ngắn (lên mức 129 GW vào cuối năm 2021). Điển hình như tỉnh Bình Thuận có 8 dự án đã đăng ký với quy mô công suất từ 900 MW ÷ 5.000 MW. Khoảng cách nghiên cứu xa nhất đến bờ lên tới 70 km và độ sâu đáy biển từ 20 ÷ 60m (Hình 4).

Có thể thấy rằng, xu thế lựa chọn địa điểm xây dựng các trang trại điện gió ngoài khơi tại Việt Nam là phù hợp với xu thế phát triển của toàn cầu trong giai đoạn đến 2025.

Hình 4: Vị trí các dự án điện gió ngoài khơi vùng biển Bình Thuận.

2. Xu thế công nghệ tua bin gió ngoài khơi:

Tiếp tục tăng công suất sẽ là xu thế công nghệ toàn cầu của tua bin gió ngoài khơi trong giai đoạn tiếp theo. Bởi vì chúng không bị giới hạn do vấn đề vận chuyển giống như trên đất liền, cho phép tua bin gió ngoài khơi có kích thước lớn hơn. Việc sử dụng gam công suất lớn nhất trên một dự án có tổng công suất nhất định sẽ làm giảm số lượng tua bin gió được lắp đặt, điều này làm giảm chi phí vốn CAPEX và chi phí vận hành OPEX trên mỗi MW.

Original manufacturers (OEMs) are competing to increase the capacity (increase the size) of wind turbines to meet the needs of the market. Siemens Gamesa Renewable, Vestas, General Electric (GE) or Mingyang... It recently announced new capacity grams in the range from 12 ÷ 16 MW and will be put into commercial operation from 2022 to 2024. Table 1 statistics of the largest gram of machines published by OEMs in recent times:

Table 1: The largest wind turbines announced for the period to 2025":

Source: Announcement by wind turbine manufacturers expected in the period to 2025 (3)

Figure 5 shows the historical trend of offshore wind turbine upgrades through 2025. This image presents data on the average capacity of globally weighted offshore wind turbines, the height of hub height (column + turbine) and rotor diameter (wing diameter) over time, with values for 2020 indicated in the gray cell area. Average wind turbine capacity will continue to increase and reach approximately 12 MW by 2025.

Figure 5: The development trend of global offshore wind turbines to 2025. (Source: Offshore Wind Market Report - 2021 Edition) .

Theoretically, the calculated power output increases accordingly according to the diameter of the wind turbine wing (increasing the scanning area), so to increase the capacity of the wind turbine needs to increase the wing diameter while ensuring the elements of load and impact force. OEMs want to increase the wing diameter >200 meters for their new wind turbines. Hub-height height also increases in proportion to the wing diameter to maintain a distance of 25 ÷ 30 m between the propeller head and the water surface, the hub height is expected to range from 120 ÷ 140 m.

The time it takes for firms to move from the announcement stage to the commercial operating phase is an average of 4 years for markets across the globe. The difference between the European regional wind turbine prototype trendline and the trend line for the Asian wind turbine prototype indicates that prototypes in Asia have about 20%-25% less capacity than european carriers by 2020 (Figure 6). This also explains why the global average trendline at (Figure 2) declined in 2021 and 2026 as offshore wind power projects in Asia with lower capacity grams were put into operation.

Figure 6: Global offshore wind turbine development trend to 2025. (Source: Offshore Wind Market Report - 2021 Edition)

GWEC's forecast also shows a strong trend of increasing offshore wind turbine capacity for the period to 2025. The popular machine gam is expected from 15 ÷ 17 MW for 2025.

Hình 7: Xu hướng nâng cấp tuabin gió ngoài khơi toàn cầu đến năm 2025. (Nguồn: GWEC Market Intelligence, July 2021).

Tua bin gió lớn nhất hiện đang hoạt động trên thế giới là nguyên mẫu GE Haliade-X ở Rotterdam, đã được nâng công suất lên 13 MW bằng cách tăng công suất máy phát và hệ thống truyền động (GE 2020).

Việc tăng công suất cho phép tua bin gió tạo ra nhiều năng lượng hơn và giúp ích cho tính kinh tế của nhà máy điện gió, nhưng các nhà phát triển phải xem xét cẩn thận khả năng tăng tải trọng mỏi và giảm tuổi thọ thiết kế.

Hình 8 và Hình 9 minh họa thị phần sản xuất tua bin gió của các hãng OEM cho các dự án đang vận hành và các dự án đã công bố tương ứng.

Hình 8: Tổng công suất tua bin gió đang vận hành từ các nhà sản xuất OEM. (Nguồn: Offshore Wind Market Report - 2021 Edition).

Hình 9: Tổng công suất tua bin gió đã công bố từ các nhà sản xuất OEM (bao gồm các dự án tương lai). (Nguồn: Offshore Wind Market Report - 2021 Edition).

Siemens Gamesa tiếp tục là nhà sản xuất tua bin gió ngoài khơi thống lĩnh thị trường, với 55% thị phần, nhưng dữ liệu cho thấy thị phần của họ trong các dự án tương lai sẽ giảm xuống 43% do Vestas, GE và OEM Trung Quốc giành được thị phần.

In addition to increasing wind turbine capacity, a new trend of environmental sustainability is also being promoted by OEMs, as more and more projects will expire in the coming years (having been operating for ~20 years), the issue of wind turbine recycling is being seriously considered. Although steel towers and substructures and other metal or plastic components can be recycled using conventional methods, composite propellers are harder to recycle. Many large companies such as Vestas have announced the goal of producing waste-free wind turbines by 2040 (Eksstrand 2020), Ørsted (a member of DecomBlades) has committed to reuse, recycle or restore all decommissioned propellers from its wind power plants (Ørsted 2021).

In Vietnam, offshore wind power projects are at the stage of project development, no projects have been built in 2021 (excluding nearshore wind power projects). However, given the fact that onshore and nearshore wind power projects have been implemented, the development trend for offshore wind turbines in Vietnam will keep up with the world, or at least similarly with China. The latest commercial capacity grams of the famous wind turbine companies mentioned above have been used in Vietnam (3 ÷ 5 MW) in onshore and nearshore projects. Therefore, the appearance of offshore wind turbines with a large capacity of 8 ÷ 15 MW, wing diameter ≥200 m in the period up to 2025 will be trendy. OEM manufacturers will consider setting up wind points in Vietnam and make appropriate adjustments so that they are most technically efficient and economically friendly and more environmentally friendly