Năng lượng điện gió đang được nhiều nhà đầu tư chú trọng về khả năng cung cấp năng lượng vượt trội và bảo vệ môi trường. Tuabin gió là một trong những thiết bị quan trọng trong việc tạo năng lượng điện gió. Vậy cấu tạo tuabin gió chi tiết như thế nào? Làm thế nào nó có thể hoạt động hiệu quả. Cùng chúng tôi tìm hiểu ngay trong bài viết dưới đây!

1. Tuabin gió là gì?

Tuabin gió (hay còn gọi là turbine gió) là một thiết bị sử dụng để chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng. Nó hoạt động bằng cách sử dụng cánh quạt để thu thập năng lượng từ gió và biến đổi nó thành điện năng thông qua một máy phát điện.

Cánh quạt của tuabin gió được thiết kế để bắt gió và xoay khi gió thổi qua. Điều này tạo ra động lực đẩy cánh quạt, đưa ra một vòng quay. Chuyển động quay của cánh quạt được truyền đến một bộ truyền động (trục và hộp số) kết nối với máy phát điện, từ đó tạo ra điện năng.

Tuabin gió có thể được sử dụng ở các khu vực có gió mạnh và ổn định để tạo ra điện năng tái tạo một cách hiệu quả và bền vững. Công nghệ tuabin gió ngày càng phát triển và trở thành một nguồn điện tái tạo quan trọng trong hệ thống năng lượng của nhiều quốc gia trên thế giới.

2. Chi tiết cấu tạo tuabin gió và chức năng của từng thành phần

Để hiểu rõ hơn về tuabin gió thì bạn có thể tham khảo thông tin về cấu tạo tuabin gió cũng như chi tiết chức năng của từng thành phần dưới đây:

2.1 Hub trung tâm – Cấu tạo tuabin gió

• Hub là trung tâm thu nhận năng lượng từ các cánh quạt rotor để chuyển đổi thành điện năng trong máy phát. Có nhiều cách để gắn cánh quạt vào Hub, nhưng phổ biến nhất là sử dụng Hub cố định vì tính chắc chắn, độ bền và khả năng xây dựng dễ dàng hơn. Có hai loại Hub trung tâm chính. 
• Trong tuabin gió sử dụng hộp số, Hub được liên kết với trục hộp số quay chậm để chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng quay. 
• Trong tuabin gió sử dụng truyền động trực tiếp, Hub truyền trực tiếp năng lượng từ gió đến máy phát điện. 

2.2 Hệ thống truyền động – Cấu tạo tuabin gió

Hệ thống truyền động của tuabin gió bao gồm nhiều bộ phận khác nhau để có thể hoạt động hiệu quả. Bạn có thể tìm hiểu thông tin chi tiết của từng bộ phận dưới đây: 

2.3 Rotor – Cấu tạo tuabin gió

Bộ phận này được gắn với các cánh quạt của tuabin gió để thực hiện việc chuyển đổi năng lượng và tạo ra điện. Trên thị trường, các loại tuabin gió thường sử dụng rotor 3 cánh có trục ngang, hình dạng tương tự như cánh máy bay. Phần này hoạt động dựa trên nguyên lý nâng: khi gió đi qua phía dưới của cánh quạt, nó tạo ra áp suất cao hơn, trong khi phía trên của cánh quạt tạo ra một lực nâng làm quay rotor.

2.4 Cánh quạt – Cấu tạo tuabin gió

Cánh quạt trong cấu tạo tuabin gió có nhiều yêu cầu khác nhau, nhưng điều cơ bản là chúng cần có khả năng chịu tải trọng lớn. Chúng chính là bộ phận “bắt” gió và thu thập năng lượng từ gió để chuyển đổi động năng thành chuyển động quay của Hub, sử dụng nguyên tắc nâng ở phần trên của rotor.

Số lượng cánh quạt được sử dụng trong mỗi tuabin gió cụ thể có thể là 2, 3 hoặc nhiều hơn, tùy thuộc vào thiết kế. Tuy nhiên, theo đánh giá, tuabin gió với 3 cánh và đường kính từ 40 – 90 mét thường mang lại hiệu quả tốt nhất nhờ phân bổ khối lượng cân đối hơn.

2.5 Hộp số (Gearbox) – Cấu tạo tuabin gió

Hộp số của tuabin gió (Gearbox) là một thành phần cực kỳ quan trọng trong hệ thống tuabin gió để tối đa hóa việc khai thác năng lượng tái tạo. Chức năng chính của hộp số là kết nối chuyển động quay từ rotor với máy phát điện. Nó chịu trách nhiệm chuyển đổi tốc độ quay từ mức khoảng 30 – 60 vòng/phút của rotor thành tốc độ 1.500 vòng/phút, đủ để sinh ra điện năng.

Điều này cho phép tối ưu hóa việc chuyển đổi năng lượng từ chuyển động quay chậm thành một tốc độ quay cao hơn, phù hợp với yêu cầu vận hành của máy phát điện để tạo ra điện năng hiệu quả từ năng lượng gió thu được.

2.6 Máy phát điện (Generator) – Cấu tạo tuabin gió

Máy phát điện (Generator) trong hệ thống tuabin gió chịu trách nhiệm chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện. Trong trường hợp của các tuabin gió có công suất lớn, thường sử dụng các loại máy phát điện không đồng bộ cấp nguồn kép. Đặc điểm của loại máy phát này là tốc độ quay có thể thay đổi trong quá trình hoạt động.

Máy phát điện không đồng bộ cấp nguồn kép được thiết kế để có khả năng điều chỉnh tốc độ quay, điều này phù hợp với biến đổi tốc độ quay của rotor từ các tuabin gió, giúp tối ưu hóa việc chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện, đáp ứng nhu cầu vận hành và sản xuất điện hiệu quả từ nguồn năng lượng gió thu được.

2.7 Trạm kiểm soát điện (bộ phanh) – Cấu tạo tuabin gió

Trạm kiểm soát điện trong hệ thống cấu tạo tuabin gió bao gồm hai phần chính để đảm bảo việc kiểm soát chặt chẽ công suất gió nhằm tránh hỏng hóc hệ thống. Hai phần này bao gồm:

• Chế độ dừng – Stall Control: Khi tốc độ gió quá mạnh, chế độ này sẽ tự động hạn chế việc phát điện của tuabin gió để giảm tốc độ của hệ thống, ngăn các cánh quạt quay nhanh hơn mức quy định. Điều này giúp bảo vệ hệ thống và tránh các vấn đề có thể phát sinh khi gió đạt mức quá tải.
• Chế độ kiểm soát cường độ – Pitch Control: Mỗi cánh quạt trong tuabin gió có khả năng điều chỉnh góc nghiêng của nó để tương tác với gió. Hệ thống kiểm soát cường độ (Pitch Control) có thiết kế khác nhau tùy thuộc vào công suất của tuabin gió. Đối với các tuabin có công suất dưới 100 kW, Pitch Control thường sử dụng cơ cấu cơ khí. Trong trường hợp công suất từ 300 kW, Pitch Control sử dụng hệ thống thủy lực. Còn đối với tuabin có công suất lớn hơn 500 kW, Pitch Control có thể sử dụng hệ thống thủy lực hoặc điện. Chức năng chính của Pitch Control là điều chỉnh góc nghiêng của cánh quạt để tối ưu hóa hoạt động của tuabin gió dưới các điều kiện gió khác nhau.

Các bộ phận khác trong cấu tạo tua bin điện gió cũng đóng góp quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng từ gió thành điện năng. Dưới đây là một số bộ phận này:

• Thanh trục – Nacelle: Đây là phần giữ tất cả các máy móc của tuabin gió và thường được kết nối với tháp thông qua các ổ trục để có khả năng xoay theo hướng của gió. Nacelle là không gian chứa các thiết bị chính của tuabin gió và cung cấp khả năng quay linh hoạt để hướng tuabin theo hướng gió phù hợp nhất.
• Bộ đo lường và truyền tín hiệu đến bộ điều khiển của tuabin – Anemometer: Đây là thiết bị đo tốc độ và hướng gió, cung cấp thông tin về điều kiện gió đến bộ điều khiển của tuabin. Anemometer giúp hệ thống điều khiển tuabin có thể điều chỉnh phù hợp với các điều kiện gió thay đổi.
• Bộ điều khiển – Controller: Đây là thành phần quản lý hoạt động của tuabin gió. Bộ điều khiển khởi động tuabin ở tốc độ gió từ 8 – 14 dặm/giờ (tức 12 – 22 km/giờ) và ngưng hoạt động của động cơ để tránh quá nhiệt ở mức khoảng 65 dặm/giờ (tức 104 km/giờ). Bộ điều khiển là trung tâm quan trọng để tuabin gió hoạt động hiệu quả và an toàn trong các điều kiện gió khác nhau.

3. Nguyên lý hoạt động của tuabin gió

Tuabin gió là một thiết bị quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng từ gió thành năng lượng cơ học và sau đó thành năng lượng điện. Các tuabin gió được đặt trên các tháp cao để tận dụng năng lượng của gió ở độ cao hơn, giúp tăng tốc độ quay và giảm ảnh hưởng của các luồng gió không đều lên chúng.

Khi có gió thổi, động lực của gió sẽ đẩy cánh quạt và tạo ra chuyển động quay dọc theo trục của tuabin. Đây là phần lực cơ học mà cánh quạt tạo ra, và thông qua cơ chế truyền động, năng lượng từ chuyển động quay của cánh quạt được truyền sang các bộ phận chuyển động khác của động cơ máy phát điện.

Quá trình này tạo ra năng lượng tái tạo từ gió, và năng lượng điện thu được từ tuabin gió được sử dụng để cung cấp điện cho các thiết bị trong cuộc sống hàng ngày của con người, giúp phục vụ cho nhu cầu sử dụng điện trong sinh hoạt và sản xuất. Điều này giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng không tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính.

4. Các hỏng hóc mà tuabin gió hay gặp phải

Các tuabin gió, mặc dù là công nghệ tiên tiến và hiệu quả, cũng có thể gặp phải một số vấn đề hoặc hỏng hóc sau:

• Hỏng hóc cơ học: Đây có thể là hỏng hóc trong cơ cấu của cánh quạt hoặc bất kỳ phần nào trong hệ thống truyền động. Điều này có thể gây ra sự mất cân bằng, rung lắc hoặc hư hỏng nghiêm trọng trong tuabin.
• Hỏng hóc điện tử hoặc điều khiển: Các bộ phận điện tử như bộ điều khiển, cảm biến, hoặc hệ thống điện có thể gặp sự cố, gây ra các vấn đề trong quá trình điều chỉnh, điều khiển hoặc theo dõi hoạt động của tuabin.
• Hỏng hóc do môi trường: Tuabin gió thường phải chịu ảnh hưởng từ điều kiện thời tiết khắc nghiệt như sương mù, tuyết đóng băng, hoặc cơn bão. Điều này có thể làm giảm hiệu suất hoặc gây hỏng hóc.
• Mài mòn và hao mòn: Do tuabin gió hoạt động liên tục và trong môi trường khắc nghiệt, các bộ phận như cánh quạt, vòng bi, hệ thống truyền động có thể bị mài mòn hoặc hao mòn theo thời gian.
• Vấn đề vận hành và bảo dưỡng: Việc không thực hiện bảo dưỡng định kỳ hoặc vận hành không đúng cách có thể gây ra hỏng hóc hoặc suy giảm hiệu suất của tuabin.

Để giảm thiểu các vấn đề này, việc bảo dưỡng định kỳ, giám sát và kiểm tra kỹ thuật định kỳ là cần thiết để duy trì hiệu suất và tuổi thọ của tuabin gió.

5. Kết luận

Với tiềm năng lớn và khả năng cung cấp nguồn điện sạch, tuabin gió đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo nguồn năng lượng cho cuộc sống hàng ngày và cũng là một phần quan trọng của sứ mệnh chung của chúng ta trong việc chuyển đổi sang một tương lai năng lượng bền vững và thân thiện với môi trường.

Mong rằng, qua những chia sẻ của chúng tôi trong bài viết này, bạn đã hiểu rõ hơn về cấu tạo tuabin gió và có lựa chọn tốt nhất. Nếu bạn có nhu cầu sử dụng dịch vụ sửa chữa, bảo trì định kỳ tuabin điện gió thì hãy liên hệ với Asia Wind. Chúng tôi là một trong những nhà cung cấp dịch vụ vận hành, bảo trì, và dịch vụ sửa chữa trong ngành công nghiệp điện gió hàng đầu hiện nay. Liên hệ ngay để nhận tư vấn và báo giá chi tiết! 

Kết nối facebook với chúng tôi: https://www.facebook.com/profile.php?id=100088349523311