Ô nhiễm môi trường ngày càng trở thành vấn đề nghiêm trọng. Một trong những biện pháp tốt nhất để giảm lượng khí thải ra môi trường, hạ mức cảnh báo ô nhiễm xuống mức thấp là sử dụng nguồn năng lượng tái tạo. Trong đó, sử dụng năng lượng gió được các nước ưu tiên áp dụng. Năng lượng gió là quá trình gió sử dụng hoạt động di chuyển của mình để tạo ra năng lượng cơ học, nhờ vào thiết bị Tua bin gió để chuyển hóa từ động năng thành cơ năng và tiếp tục chuyển đổi thành điện năng. Vậy Tua bin gió là gì?, cấu tạo tua bin gió và nguyên lý hoạt động của chúng ra sao? Cùng tìm hiểu qua bài viết sau:
Tóm tắt nội dung
Tua bin gió là gì?
Tua bin gió (wind turbine) là một thiết bị cơ khí có cấu tạo tương đối đơn giản, không quá phức tạp, hình dạng và cách thức hoạt động tương tự như cối xay gió. Được sử dụng để chuyển đổi động năng từ gió thành cơ năng và tiếp tục chuyển đổi thành điện năng với tốc độ quay của các cánh quạt từ 13 – 20 vòng/phút. Đây là một trong những năng lượng bền vững vì nó sản xuất được sản lượng điện cao nhưng không gây ô nhiễm môi trường.
Cấu tạo động cơ tua bin gió
Tua bin gió được ví như một chiếc máy phát điện sử dụng sức gió. Một tua bin gió bao gồm:
- Pitch: Đây là bộ phận giữ cho rotor có thể tạo ra điện khi chúng quay trong gió không quá cao hay quá thấp nhằm đạt hiệu suất sinh điện cao nhất, và bảo vệ cánh quạt, rotor trong điều kiện gió quá lớn.
- Hub: Đây là tâm của rotor nơi các cánh rotor được gắn vào. Được đúc bằng gang hoặc thép. Dùng để hướng năng lượng nhận được từ các cánh quạt chuyển vào máy phát điện.
– Nếu tua bin gió có hộp số, Hub được kết nối với trục hộp số quay chậm, chuyển đổi năng lượng từ gió thành năng lượng quay.
– Nếu tua bin gió có bộ truyền động trực tiếp, Hub truyền năng lượng trực tiếp đến máy phát vòng. - Rotor: Đây là thành phần đi cùng với các cánh quạt của tua bin gió để tạo ra chuyển đổi năng lượng, tạo ra điện năng. 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.
- Blades: Còn gọi là cánh quạt, khi gió thổi sẽ tạo lực vào cánh quạt làm quay trục của động cơ tuabin và làm các cánh quạt chuyển động và quay.
- Brake: Bộ hãm (phanh), dùng để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấp bằng điện, bằng sức nước hoặc bằng động cơ.
- Gear box: Đây là bộ phận dùng để kết nối chuyển động quay từ rotor với máy phát điện để chuyển đổi tốc độ quay từ 30 – 60 vòng/ phút lên 1200 – 1500 vòng/ phút để đáp ứng nhu cầu sinh ra năng lượng điện.
- Yaw drive: Dùng để giữ cho rotor luôn luôn hướng về hướng gió chính khi có sự thay đổi hướng gió.
- Yaw motor: Động cơ cung cấp cho “yaw drive” định được hướng gió.
- Tower: Trụ đỡ Nacelle. Được làm bằng thép hình trụ hoặc thanh dằn bằng thép. Bởi vì tốc độ gió tăng lên nếu trụ càng cao, trụ đỡ cao hơn để thu được năng lượng gió nhiều hơn và phát ra điện nhiều hơn.
- Low Speed Shaft: Trục truyền động của máy phát ở tốc độ thấp
- Controller: Đây là bộ điều khiển. Bộ điều khiển sẽ khởi động động cơ ở tốc độ gió khoảng 8 đến 14 dặm/giờ tương ứng với 12 km/h đến 22 km/h và tắc động cơ khoảng 65 dặm/giờ tương đương với 104 km/h bởi vì các máy phát này có thể phát nóng.
- Anemometer: Bộ đo lường tốc độ gió. Chúng có trách nhiệm truyền dữ liệu của tốc độ gió đi tới bộ phận điểu khiển.
- Wind vane: Để xử lý hướng gió và liên lạc với “yaw drive” để định hướng tuabin gió.
- High Speed Shaft: Trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao
- Generator: Được sử dụng để phát điện sau khi tuabin chuyển đổi tạo ra điện từ gió
- Nacelle: Đây là phần vỏ của động cơ tua bin gió bao gồm lớp vỏ bọc bên ngoài và vỏ của Rotor. Dùng bảo vệ các thiết bị bên trong máy và vỏ phải đủ rộng để một kỹ thuật viên có thể đứng bên trong trong khi làm việc.
Nguyên lý hoạt động tua bin gió
- Các turbine gió sẽ hoạt động, chuyển năng lượng của gió thành năng lượng cơ học và phát ra điện. Thường được đặt trên trụ cao 30m so với mặt đất để thu hầu hết năng lượng gió giúp tốc độ quay nhanh hơn và ít bị các luồng gió bất thường.
- Khi có gió, chuyển động sẽ tác động lực đẩy làm cho cánh quạt quay quanh 1 rotor mà rotor được kết nối với trục chính. Lúc này trục chính sẽ truyền động và làm quay trục quay máy phát để tạo ra điện
- Từ đó, các bộ phận chuyển động khác của động cơ máy phát điện sẽ quay khi kết nối với trục của tuabin. Đây chính là cơ chế tạo ra năng lượng tái tạo.
Ưu điểm và hạn chế của động cơ tua bin gió
Ưu điểm
- Cho phép phát triển các hệ thống động cơ tuabin điện gió phù hợp với mọi nhu cầu sử dụng, điều kiện địa hình, môi trường…
- Tạo ra nguồn năng lượng tái tạo có lợi nhuận cao hơn. Hiệu quả kinh tế cao.
- Năng lượng gió bảo vệ môi trường luôn xanh. Giảm khí thải nhà kính và không gây tình trạng nhiễu xạ điện từ trường.
- Có khả năng lắp đặt và ứng dụng ngay cả trong các vùng địa hình phức tạp, hiểm trở như: các khu vực đồi núi, biển, hải đảo có diện tích nhỏ, nhà dân…
Hạn chế
- Gió là nguồn năng lượng không liên tục như năng lượng mặt trời vì vậy không phù hợp cho việc lưu trữ điện bằng pin hay ắc quy.
- Chi phí lắp đặt và bảo trì khá tốn kém.
- Đặt xa khu dân cư vì các cánh quạt tạo nên tiếng ồn, lâu ngày sẽ gây khó chịu và ảnh hưởng đời sống.
- Khó khăn trong quá trình vận chuyển các bộ phận của Tua bin gió như cánh quạt…
Các loại tua bin gió
- Kích thước của các loại tuabin gió được thiết kế rất khác nhau. Chiều dài của các cánh quạt là yếu tố để xác định lượng điện mà tuabin gió có thể tạo ra.
- Các tuabin gió nhỏ có thể cung cấp năng lượng cho một ngôi nhà có công suất phát điện là 10 kilowatt (KW). Các tuabin gió lớn nhất đang hoạt động có công suất phát điện lên đến 10 megawatt. Các tuabin lớn thường được nhóm lại với nhau để tạo ra các nhà máy điện gió, hoặc trang trại gió, cung cấp năng lượng cho lưới điện.
Thông tin liên hệ:
- Địa chỉ: Toà nhà XL Building, 88-90 Lương Định Của, Phường An Khánh, Thành phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam
- Hotline: 0977868803
- Zalo: 0977868803
- Email: cskh@maianduc.com
- Website: www.maianduc.vn
- Facebook: facebook.com/MaiAnDucJSC
