Tất tần tật về tuabin gió: cấu tạo, nguyên lý hoạt động

Tuabin gió là gì?

Tuabin gió – còn được gọi là wind turbine, có hình dáng và cách thức hoạt động tựa như cối xay gió. Công năng tuyệt vời của tuabin gió chính là việc dựa vào tốc độ quay của cánh quạt 13-20 vòng/ phút để chuyển đổi động năng của gió thành cơ năng, sau đó tiếp tục chuyển hóa thành điện năng. Nhờ đó mà sản phẩm này được ví von như một chiếc máy phát điện sử dụng sức gió hiệu quả. Tuabin gió ghi điểm tuyệt đối trong nền công nghiệp phát triển hiện nay bởi khả năng tạo nên nguồn năng lượng (điện năng) vững bền mà lại vô cùng thân thiện với môi trường.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Tuabin gió thuộc loại thiết bị cơ khí có cấu trúc không quá phức tạp, bao gồm:

• Pitch: Bộ phận hỗ trợ bảo vệ cánh quạt và rotor trong điều kiện gặp gió lớn. Ngoài ra, pitch còn giúp tạo nên nguồn điện năng ổn định đạt hiệu suất cao nhất (không quá cao hoặc quá thấp) khi quay trong gió.
• Hub: Là tâm của rotor, có chất liệu chính từ gang/ thép, thực hiện “công tác” chuyển hướng năng lượng từ cánh quạt vào máy phát điện
  1. Trong trường hợp tuabin gió có hộp số, Hub sẽ được nối trực tiếp với trục hộp số quay chậm nhằm chuyển năng lượng gió thành năng lượng lực quay tạo nên điện.
  2. Trong tường hợp tuabin gió có bộ truyền động trực tiếp, Hub sẽ truyền năng lượng đến máy phát vòng ngay lập tức.
• Rotor: Rotor là thiết bị gắn liền với cánh quạt giúp tạo ra điện năng. Chúng sẽ hoạt động dựa theo nguyên tắc nâng: Khi xuất hiện luồng gió đi qua dưới cánh quạt sẽ khiến không khí tạo nên áp suất cao. Song song đó, phía trên cánh quạt cũng sẽ tạo nên lực kép làm rotor quay.
• Blades: Thuộc bộ phận cánh quạt của tuabin gió, kết hợp với trục động cơ tuabin để quay hoặc chuyển động tạo năng lượng.
• Brake: Là phanh (bộ hãm), dùng để dừng rotor trong những tình trạng khẩn cấp.
• Gear box: Bộ phận kết nối chuyển động quay của rotor với máy phát điện để sinh ra năng lượng điện.
• Yaw drive: Giúp định hình rotor luôn hướng về chiều có xuất hiện nguồn gió chính.
• Yaw motor: Động cơ giúp cho thiết bị yaw drive định hình được hướng gió một cách chính xác.
• Tower: Trụ đỡ Nacelle, có chất liệu chính được làm từ thép. Khi trụ càng cao sẽ hỗ trợ thu về năng lượng gió càng nhiều, từ đó tạo ra dòng điện lớn hơn.
• Low Speed Shaft: Là trục truyền động tốc độ thấp của máy phát.
• High Speed Shaft: Là trục truyền động tốc độ cao của máy phát.
• Controller: Bộ phận điều khiển chính của tuabin gió.
• Anemometer: Bộ phận đo lường tốc độ gió. Thực hiện nhiệm vụ truyền tốc độ gió đến bộ phận điều khiển (controller).
• Wind vane: Hỗ trợ xử lý hướng gió và kết hợp cùng yaw drive để định hình tuabin gió.
• Generator: Giúp phát điện sau khi tuabin gió tạo ra điện.
• Nacelle: Là lớp vỏ của tuabin gió, lớp vỏ này giúp bảo vệ các thiết bị bên trong thật cẩn thận.

Nguyên lý hoạt động của tuabin gió

Tuabin gió khi hoạt động sẽ chuyển hóa năng lượng gió thành năng lượng cơ học để phát ra điện năng: Trong lúc tiếp xúc với gió, các chuyển động này sẽ làm cho cánh quạt quay quanh rotor nối với trục chính. Điều này giúp trục chính làm quay trục quay của máy phát nhằm tạo ra điện. Lúc này những chuyển động khác của động cơ máy phát điện cũng sẽ quay

Các loại tuabin gió phổ thông

Cùng Schneider tham khảo một số loại tuabin gió phổ biến hiện nay:

• HAWT (tuabin gió trục ngang): HAWT được đánh là là một loại tuabin gió được đầu tư nghiên cứu và mang đến hiệu quả tuyệt vời bằng việc vận động của 3 cánh quạt trên HAWT nhằm tạo nên lực nâng khiến tuabin quay và phát ra điện. HAWT đặc biệt hơn các thiết kế khác ở điểm không cần trang bị thêm hệ thống ngầm để đảm bảo góc 180 độ không đổi trong khi phải đổi diện trực diện với gió khi hoạt động.
• VAWT (tuabin gió tiếp cận thẳng đứng): Tuy tuabin gió VAWT ít phổ biến hơn, điểm lợi thế của dòng này chính là không cần phải hướng trực tiếp về phía đón gió (tốt cho những khu vực có hướng gió thay đổi thường xuyên).

Lợi ích và hạn chế

Lợi ích của tuabin gió

• Có khả năng phát triển quy mô cho hệ thống động cơ điện gió với đa dạng mục đích sử dụng, địa hình (đồi núi, biển đảo, nhà dân,…) và điều kiện môi trường khác nhau.
• Tạo nguồn năng lượng tái tạo mang đến lợi nhuận cao.
• Mang đến tiềm năng giá trị kinh tế bền vững.
• Hỗ trợ công suất trong việc giảm tải lưới điện quốc gia, góp phần đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của người dân hữu hiệu.
• Bảo vệ môi trường (giảm khí nhà kính, không gây nhiễu xạ điện từ,…).

Mặt hạn chế của tuabin gió

• Vì không thể tạo ra năng lượng liên tục như mặt trời nên năng lượng từ gió không phù hợp với việc lưu trữ điện bằng pin/ ắc quy.
• Chi phí dành cho lắp đặt và bảo trì khá tốn kém.
• Tuabin gió cần được đặt ở địa thế xa khu dân cư, vì khi quay cánh quạt sẽ tạo nên tiếng ồn.
• Quá trình vận chuyển các bộ phận để lắp đặt hoàn thiện tuabin gió khá cồng kềnh.

Nguồn SE – Bài viết tham khảo
Sao chép & chỉnh sửa bởi NhaCungCap.vn