Turbine gió là thiết bị chuyển đổi năng lượng động học từ gió thành điện năng. Khi gió thổi làm quay các cánh quạt, trục quay nối với máy phát điện sẽ tạo ra dòng điện. Turbine gió là thành phần cốt lõi trong các hệ thống điện gió, có thể được lắp đặt trên đất liền hoặc ngoài khơi.
Từ những cối xay gió cổ điển dùng để bơm nước và xay ngũ cốc, ngày nay turbine gió đã phát triển thành những công trình kỹ thuật cao, có khả năng tạo ra hàng triệu kilowatt giờ điện mỗi năm, góp phần quan trọng vào chuyển đổi năng lượng sạch.
Cấu tạo của Turbine gió
|
Bộ phận |
Chức năng |
|
Cánh quạt (Blades) |
Thu nhận năng lượng gió và chuyển thành chuyển động quay |
|
Rotor |
Gồm các cánh quạt và trục quay trung tâm |
|
Trục chính (Main Shaft) |
Truyền chuyển động từ rotor đến hộp số |
|
Hộp số (Gearbox) |
Tăng tốc độ quay từ trục chính để phù hợp với máy phát điện |
|
Máy phát điện (Generator) |
Biến chuyển động quay thành điện năng |
|
Nacelle (vỏ thiết bị trên cao) |
Chứa hộp số, máy phát điện, hệ thống điều khiển |
|
Tháp (Tower) |
Nâng cao rotor lên vị trí có gió mạnh hơn |
|
Hệ thống điều khiển (Controller) |
Tự động điều chỉnh hướng quay, tốc độ, dừng khẩn cấp khi có gió mạnh quá |
|
Hệ thống quay hướng (Yaw system) |
Giúp turbine quay về hướng gió tối ưu |
|
Hệ thống phanh (Brake system) |
Dừng cánh quạt khi cần thiết để bảo trì hoặc đảm bảo an toàn |
Cách tạo ra điện năng từ gió
- Gió thổi làm quay các cánh quạt của turbine.
- Cánh quạt quay làm quay trục chính nối với hộp số.
- Hộp số tăng tốc độ quay từ vài vòng/phút lên hàng ngàn vòng/phút.
- Máy phát điện sử dụng chuyển động quay tốc độ cao để tạo ra dòng điện xoay chiều.
- Dòng điện được dẫn qua máy biến áp, sau đó hòa vào lưới điện hoặc cung cấp cho khu vực sử dụng.
Phân loại Turbine gió
|
Loại Turbine |
Turbine gió trục ngang (HAWT) |
Turbine gió trục đứng (VAWT) |
|
Vị trí trục quay |
Song song với mặt đất và hướng gió |
Vuông góc với mặt đất |
|
Thiết kế phổ biến |
2–3 cánh quạt lớn, quay giống cánh quạt máy bay |
Dạng xoắn hoặc cánh cong tròn, quay quanh trục đứng |
|
Yêu cầu hướng gió |
Cần hệ thống quay hướng để đối diện gió |
Không cần quay theo hướng gió |
|
Hiệu suất |
Cao hơn, phù hợp với quy mô lớn |
Thấp hơn, phù hợp quy mô nhỏ hoặc đô thị |
|
Độ phổ biến |
Rất phổ biến, chiếm đa số các dự án điện gió hiện nay |
Ít phổ biến, chủ yếu dùng trong nghiên cứu hoặc dân dụng nhỏ |
|
Khả năng ứng dụng |
Trang trại điện gió trên đất liền và ngoài khơi |
Khu dân cư, mái nhà, vùng đô thị, nơi gió thay đổi nhiều |
|
Chi phí đầu tư & lắp đặt |
Cao hơn, yêu cầu cần cẩu và nền móng chắc chắn |
Thấp hơn, dễ lắp đặt và bảo trì |
|
Bảo trì & an toàn |
Bảo trì phức tạp do cấu trúc lớn |
Dễ tiếp cận và an toàn hơn trong môi trường đô thị |
Một số hư hỏng thường gặp đối với Turbine gió
- Hư cánh quạt do gió mạnh bất thường, tia sét, mỏi vật liệu hoặc va chạm với vật thể bay (chim, máy bay không người lái...).
- Hộp số là bộ phận quan trọng thường xuyên chịu tải trọng lớn, nếu không bảo trì định kỳ dễ bị hao mòn, rò rỉ dầu hoặc gãy bánh răng.
- Sự cố máy phát điện quá nhiệt, rung lắc hoặc hệ thống cách điện kém có thể gây chập cháy.
- Hỏng hệ thống phanh dẫn đến không thể dừng turbine đúng lúc, gây nguy hiểm cho cả hệ thống.
- Sự cố hệ thống điều khiển như lỗi phần mềm, cảm biến gió hỏng, hoặc mất kết nối có thể làm turbine không hoạt động đúng cách.
- Rung động quá mức gây ảnh hưởng đến cấu trúc tháp, đặc biệt là ở những nơi gió mạnh liên tục.
Turbine gió là một mắt xích quan trọng trong ngành năng lượng sạch hiện nay. Hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại turbine giúp chúng ta khai thác hiệu quả hơn tiềm năng từ gió. Trong tương lai, cùng với sự phát triển của công nghệ, turbine gió hứa hẹn sẽ trở nên nhỏ gọn hơn, hiệu quả hơn và đóng góp lớn vào mục tiêu phát triển bền vững toàn cầu.