Tìm hiểu chi tiết về cấu tạo tuabin gió

Gió là nguồn năng lượng vô tận trong tự nhiên, cũng giống như năng lượng mặt trời, năng lượng gió đang được tận dụng để chuyển đổi thành dòng điện. Để thực hiện được việc chuyển động lực của gió thành điện năng, người ta sử dụng các tuabin gió. Bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu tạo tuabin gió, các loại tuabin gió phổ biến hiện nay.

Năng lượng từ gió là gì? Các loại tuabin gió phổ biến

Luồng gió thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong tự nhiên và nó được con người tận dụng cho nhiều mục đích khác nhau như đi thuyền, thả diều, bơm nước, nghiền thực phẩm,... Trong đó, năng lượng gió được tận dụng để phát ra năng lượng cơ hoặc điện. Các tuabin gió được sử dụng để chuyển đổi động lực từ gió thành cơ năng, chuyển thành điện năng. 

cấu tạo tuabin gió

Điện gió ngày càng được sử dụng rộng rãi, phổ biến hơn

Hiện nay, tuabin gió được chia thành 2 loại cơ bản là loại theo trục đứng (như máy bay trực thăng) và loại theo trục ngang - phổ biến hơn. Loại tuabin gió trục ngang có 2 hoặc 3 cánh hoạt động theo chiều gió (bề mặt cánh quạt hướng về chiều gió đang thay đổi giúp thu được động lực từ gió dễ dàng hơn).

Tuabin gió có dãy công suất đa dạng, phổ biến là từ 50kW cho đến hàng MW. Và để có được dãy công suất lớn thì người ta cần tập hợp nhiều tuabin lại để cung cấp điện cho hệ thống điện lưới. Những tuabin gió công suất dưới 50kW thường được dùng cho gia đình, kết nối với các loại máy phát điện Diesel, hệ thống quang điện…

Cấu tạo tuabin gió gồm có các bộ phận nào?

Hiện nay, PIN năng lượng mặt trời và các dãy tuabin gió đang ngày càng phổ biến để cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống, sản xuất của con người. Đây chính là dạng năng lượng sạch rất được ưa chuộng trên các nước phát triển, ở Việt Nam, các tuabin gió cũng đang được triển khai lắp đặt tại một số địa phương.

cấu tạo tuabin gió thế nào

Cấu tạo tuabin gió sẽ gồm những bộ phận và chi tiết nào?

Cấu tạo của các tuabin gió gồm các bộ phận chính như sau:

Hub trung tâm của tuabin gió

Hub là tâm của các rotor nó lướng năng lượng nhận được từ các cánh quạt rotor chuyển vào máy phát điện. Cánh quạt có thể được gắn vào Hub theo nhiều cách nhưng đa phần người ta đều sử dụng Hub cố định vì chắc chắn, bền bỉ và dễ dàng xây dựng hơn. 

Có 2 loại Hub trung tâm gồm:

  • Tuabin gió có hộp số thì Hub được kết nối với trục hộp số quay chậm để chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng quay.
  • Tuabin gió có bộ truyền động trực tiếp thì Hub sẽ truyền năng lượng gió trực tiếp đến máy phát vòng.

Hệ thống truyền động của tuabin gió

Rotor của tuabin gió

Đây là thành phần đi cùng với các cánh quạt của tuabin gió để tạo ra chuyển đổi năng lượng, tạo ra điện năng. Trên thị trường thì loại tuabin gió sử dụng rotor 3 cánh trục ngang với hình dạng gần giống cánh máy bay. Bộ phận này sử dụng nguyên tắc nâng: gió đi qua bên dưới cánh quạt làm không khí tạo ra áp suất cao hơn, phía trên cánh quạt tạo ra lực kép làm rotor quay.

Cánh quạt - Cấu tạo tuabin gió

cấu tạo tuabin gió như thế nào

Cánh quạt có kích thước lớn, vật liệu cao cấp, độ bền vượt trội

Có nhiều yêu cầu khác nhau cho cánh quạt nhưng về cơ bản, chúng cần phải chịu được tải trọng lớn. Cánh quạt “bắt” gió, lấy năng lượng từ gió để thực hiện chuyển đổi động năng thành chuyển động quay của Hub theo nguyên tắc nâng bên trên của rotor.

Số lượng cánh quạt sẽ phụ thuộc vào từng tuabin gió cụ thể từ 2, 3 hoặc nhiều cánh hơn. Tuy nhiên, theo đánh giá thì các tuabin 3 cánh, đường kính từ 40 - 90m cho hiệu quả nhất nhờ phân bổ khối lượng tốt hơn.

Hộp số của tuabin gió (Gearbox)

Để có thể khai thác được tối đa tiềm năng từ năng lượng tái tạo, hệ thống các tuabin gió phải sử dụng các thành phần hiệu quả cao, trong đó hộp số đóng vai trò vô cùng quan trọng. Chuyển động quay từ rotor được kết nối với máy phát điện thông qua hộp số để thực hiện việc chuyển đổi tốc độ quay 30 - 60 vòng/phút thành 1.500 vòng/phút để đủ khả năng sinh ra năng lượng điện.

Máy phát điện (Generator)

Bộ phận này chịu trách nhiệm chuyển đổi năng lượng cơ học trở thành năng lượng điện. Các tuabin gió có công suất lớn thường sử dụng các loại máy phát điện không đồng bộ cấp nguồn kép. Với dòng máy phát này, tốc độ quay khi hoạt động có thể thay đổi.

cấu tạo của tuabin gió

Vị trí của máy phát điện trong các loại tuabin gió hiện nay

Trạm kiểm soát điện (bộ phanh) trong cấu tạo tuabin gió

Công suất gió của tuabin cần được kiểm soát chặt chẽ để tránh làm hỏng hệ thống. Trạm kiểm soát điện gồm 2 phần chính là:

  • Chế độ dừng - Stall Control: Khi gió quá mạnh, tuabin gió sẽ hạn chế tự động phát điện, hạn chế tốc độ của hệ thống khiến cho các cánh quạt không thể quay nhanh hơn. 
  • Chế độ kiểm soát cường độ - Pitch Control: Mỗi cánh quạt riêng lẻ có thể bật/tắt với gió. Pitch control sẽ được cấu tạo khác nhau với từng hệ thống: công suất dưới 100kW Pitch control là cơ khí, công suất từ 300kW Pitch control là thủy lực, công suất >500kW là thủy lực hoặc điện.

Một số bộ phận khác trong cấu tạo tuabin gió

Ngoài những bộ phận chính ảnh hưởng quan trọng đến các tuabin gió, còn có một số bộ phận khác đóng góp rất lớn vào quá trình chuyển đổi cơ năng của gió thành điện năng có thể kể đến như:

  • Thanh trục - Nacelle: phần giữ tất cả các máy móc tuabin và được kết nối với tháp nhờ các ổ trục để có khả năng xoay theo hướng gió.
  • Bộ đo lường và truyền tín hiệu đến bộ điều khiển của tuabin - Anemometer.
  • Bộ điều khiển - Controller khởi động ở tốc độ gió từ 8 - 14 dặm/giờ (12 - 22km/giờ), tắt động cơ để hạn chế nóng máy ở khoảng 65 dặm/giờ (104km/giờ).

Tìm hiểu cấu tạo tuabin gió

Các trụ đỡ của tuabin gió có chiều cao lớn để đón được nhiều gió hơn

  • Trụ đỡ Nacelle - Tower bằng thép hình trụ, trụ đỡ càng cao thì tuabin gió càng thu được nhiều gió để tạo ra điện hơn.

Ngoài ra, để cho tuabin gió có thể hoạt động tốt hơn, còn có một số bộ phận khác nhau hệ thống theo dõi hướng gió (Yaw motor, yaw drive), hệ thống làm mát và sưởi ấm của tuabin, cảm biến điều khiển, thiết bị chống sét,...

Nguyên lý vận hành của tuabin gió 

Với cấu tạo tuabin gió như trên, chúng hoạt động như thế nào? Về cơ bản, nếu như quạt điện sử dụng điện năng để thể tạo ra gió nhân tạo thì các tuabin gió làm việc ngược lại. Thiết bị sử dụng năng lượng từ gió để tạo ra điện năng theo nguyên lý tương đối đơn giản.

Năng lượng của gió tác động sẽ làm cho các cánh quạt quay quanh rotor được nối với trục chính. Trục chính lúc này sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát bên trong để tạo ra điện.

Tuabin gió thường được đặt trên các trụ đỡ có chiều cao lớn, thông thoáng để thu được nhiều năng lượng gió nhất. Ở độ cao lớn hơn 30m (trên mặt đất) thì các tuabin có thể đón gió thuận lợi nhất, cho tốc độ quay cánh quạt nhanh hơn, đều hơn.

cấu tạo tuabin gió ra sao

Cách thức các tuabin gió hoạt động và tạo ra điện năng

Hiện nay, dãy công suất các tuabin gió lớn được ứng dụng phổ biến để cấp điện cho nhà cửa, công trình xây dựng hoặc hệ thống lưới điện… Nguồn năng lượng từ gió là vô tận và cũng rất lớn, đây được xem là giải pháp hoàn hảo thay thế cho việc sản xuất điện từ năng lượng hóa thạch (than đá, dầu khí,...).

Đánh giá thuận lợi và khó khăn khi sử dụng tuabin gió

Hệ thống tuabin gió đang được triển khai ngày càng phổ biến và rộng rãi hơn hiện nay để cung cấp điện năng sạch. Đánh giá thực tế thì việc xây dựng các tuabin gió mang đến nhiều lợi ích nhưng cũng vẫn còn tồn tại một số khó khăn. Cụ thể:

Về ưu điểm

Những lợi ích và ưu điểm của tuabin gió:

  • Nguồn năng lượng sạch, không hề gây ô nhiễm không khí như các nhà máy nhiệt điện sản xuất điện năng từ sự đốt cháy các nhiên liệu như than đá, khí ga.
  • Bên cạnh đó, khai thác gió vô tận cũng không cần lo lắng đến sự cạn kiệt các tài nguyên thiên nhiên. Người ta ước tính, tiềm năng từ nguồn năng lượng gió lớn hơn khoảng 20 lần nhu cầu sử dụng của con người. 
  • Năng lượng gió có thể xuất hiện ở bất cứ nơi nào nên việc tận dụng cũng rất phong phú, không nhất thiết là ở một vùng nào cụ thể.
  • Chi phí vận hành thấp và đang được cải thiện hơn rất nhiều nên mức giá cũng giảm thấp hơn nhiều so với trước đây.

cấu tạo tuabin gió có gì

Ưu điểm của việc sử dụng điện từ các tuabin gió

Về hạn chế

Bên cạnh những lợi ích vừa rồi, các tuabin gió (điện gió) cũng tồn tại một số hạn chế như:

  • Cạnh tranh với các nguồn điện khác do có chi phí xây dựng khá tốn kém. Trong cấu tạo tuabin gió thì xây dựng trụ, tháp hoặc đầu tư các chi tiết khác vừa tốn nhiều chi phí, thời gian khảo sát lâu hơn.
  • Gió là nguồn năng lượng dao động có thể mạnh - yếu tùy từng điều kiện cụ thể. Các loại điện từ năng lượng mặt trời, năng lượng gió phụ thuộc rất lớn vào vị trí lắp đặt. Chúng không đáp ứng được nhu cầu năng lượng tải cơ sở mà cần sử dụng thêm các hình thức lưu trữ năng lượng khác (PIN, bơm thủy lực,...).
  • Các tuabin gió có thể gây ra những tiếng ông khó chịu cũng như gây mất mỹ quan cho không gian. Các nhà động vật học còn cho rằng các cánh quạt của tuabin gió khi hoạt động thực sự là mối nguy hiểm đối với các loài chim hoang dã.

Lời kết

Dù vẫn tồn tại nhiều hạn chế cần cải thiện nhưng điện gió thực sự là nguồn năng lượng mà con người nên hướng đến cho sự phát triển bền vững trong tương lai. Hy vọng với những tổng hợp trong bài việt này, Điện máy Yên Phát đã có thể giúp bạn hiểu hơn về cấu tạo tuabin gió và nắm được cách thức mà chúng hoạt động. Mọi câu hỏi vui lòng để lại dưới phần comment hoặc liên hệ Hotline: 0966 631 546 nếu cần hỗ trợ trực tiếp.

Hỏi Đáp

Máy phát diesel là gì? Sử dụng khi nào?

Máy phát diesel là gì? Sử dụng khi nào?

Khi nhà bị mất điện đột ngột thì phải làm như thế nào?

Khi nhà bị mất điện đột ngột thì phải làm như thế nào?

Quy trình lắp đặt máy phát điện đúng chuẩn nhất

Quy trình lắp đặt máy phát điện đúng chuẩn nhất

Cách tạo ra dòng điện xoay chiều mà bạn chưa biết

Cách tạo ra dòng điện xoay chiều mà bạn chưa biết

Cách làm máy phát điện mini đơn giản ngay tại nhà

Cách làm máy phát điện mini đơn giản ngay tại nhà

Phần cảm của máy phát điện xoay chiều

Phần cảm của máy phát điện xoay chiều

Máy phát điện chạy được điều hòa có nên hay không?

Máy phát điện chạy được điều hòa có nên hay không?

Nước làm mát máy phát điện có tác dụng như thế nào?

Nước làm mát máy phát điện có tác dụng như thế nào?

Máy phát điện 10kw Nhật bãi có sử dụng tốt hay không?

Máy phát điện 10kw Nhật bãi có sử dụng tốt hay không?