Cánh quạt điện gió là gì? Cấu tạo và nguyên lý

Cánh quạt điện gió là bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống turbine gió, có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng động học từ gió thành năng lượng cơ học, bước đầu tiên trong chuỗi chuyển đổi thành điện năng. Khi gió thổi làm quay cánh quạt, chuyển động quay này được truyền vào trục rotor, rồi tới máy phát điện để tạo ra điện. Do đó, hiệu quả hoạt động của cánh quạt quyết định phần lớn đến công suất và hiệu suất tổng thể của turbine gió.

Cánh quạt điện gió không chỉ cần đạt được hiệu suất khí động học cao mà còn phải bền bỉ trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt, chịu được gió mạnh, mưa đá, tia UV và thay đổi nhiệt độ theo mùa.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cánh quạt điện gió

Cấu tạo của cánh quạt điện gió

Thành phần	Mô tả
Lõi (core)	Thường làm từ vật liệu nhẹ như foam hoặc bọt polymer để định hình khung.
Lớp vỏ (skin)	Là lớp ngoài cùng giúp bảo vệ cấu trúc cánh, thường bằng vật liệu composite.
Dầm chính (spar)	Là phần xương sống bên trong cánh quạt, giúp tăng độ cứng và chịu lực xoắn.
Đầu cánh (tip)	Phần đầu nhọn, giúp giảm tổn thất khí động và tiếng ồn.
Gốc cánh (root)	Phần gắn với trục rotor, thiết kế chắc chắn để truyền lực quay.

Nguyên lý hoạt động của cánh quạt điện gió

Cánh quạt điện gió hoạt động dựa trên nguyên lý khí động học, tương tự như cánh máy bay. Khi gió thổi qua, sự chênh lệch áp suất giữa hai mặt cánh tạo ra lực nâng.
Lực nâng này tạo ra mô men quay quanh trục rotor. Nhờ thiết kế đặc biệt, cánh quạt có thể khai thác năng lượng gió một cách tối ưu và biến nó thành chuyển động quay.
Chuyển động quay từ trục rotor được truyền qua hộp số (nếu có), sau đó đến máy phát điện, từ đó chuyển đổi cơ năng thành điện năng.
Một số cánh quạt có khả năng thay đổi góc nghiêng (góc tấn) để điều chỉnh hiệu suất hoạt động theo tốc độ gió, hoặc để ngừng quay trong điều kiện gió quá mạnh nhằm bảo vệ turbine.
Quá trình hoạt động được điều khiển bởi hệ thống điều khiển trung tâm, giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả tối đa trong việc thu và chuyển đổi năng lượng gió.

Cánh quạt điện gió được làm bằng gì?

Để đảm bảo độ bền, trọng lượng nhẹ và khả năng chịu lực cao, cánh quạt điện gió thường được chế tạo từ các vật liệu composite tiên tiến.

Vật liệu	Đặc điểm
Sợi thủy tinh gia cường (GFRP)	Là vật liệu phổ biến nhất, nhẹ, bền, chi phí thấp, chống ăn mòn tốt.
Sợi carbon (CFRP)	Nhẹ hơn và cứng hơn sợi thủy tinh, nhưng giá thành cao hơn. Dùng trong cánh lớn.
Nhựa epoxy hoặc polyester	Là chất nền kết dính sợi composite, có khả năng chống tia UV và chịu thời tiết.
Foam hoặc Balsa Wood	Là vật liệu làm lõi, giúp tăng độ cứng mà vẫn giữ trọng lượng nhẹ.
Titanium hoặc thép không gỉ	Dùng tại các khớp nối hoặc phần gốc cánh để chịu lực mô men lớn.

Cánh quạt điện gió là thành phần thiết yếu giúp turbine gió chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng. Nhờ vào thiết kế khí động học phức tạp, kết cấu nhẹ nhưng bền và khả năng thích nghi với điều kiện thời tiết khắc nghiệt, cánh quạt hiện đại giúp tăng hiệu suất và độ tin cậy của toàn hệ thống điện gió. Với sự tiến bộ trong công nghệ vật liệu và sản xuất, cánh quạt ngày càng dài hơn, nhẹ hơn, và hiệu quả hơn mở ra tiềm năng to lớn cho năng lượng tái tạo trong tương lai.