Tuabin điện gió: Cấu tạo, nguyên lý, ưu và nhược điểm

Năng lượng điện gió đang ngày càng được xã hội đón nhận bởi là nguồn năng lượng sạch và thân thiện với môi trường. Đây là điều tiên quyết đem lại lợi thế của năng lượng gió so với các nguồn năng lượng hóa thạch vốn có hạn. Vậy động cơ Tuabin điện gió là gì? cấu tạo tuabin điện gió và nguyên lý hoạt động ra sao?

Động cơ Tuabin điện gió là gì?

Cũng giống như cối xay, tuabin điện gió (wind turbine) là một thiết bị cơ khí khá đơn giản và cấu tạo cũng không quá phức tạp. Mượn sức gió để chuyển đổi động năng thành cơ năng và tiếp tục chuyển đổi thành điện năng. Điện gió được xem là một trong những năng lượng bền vững hấp dẫn nhất vì sản xuất sản lượng điện cao nhưng vẫn bảo vệ được môi trường.

Cũng giống như hệ thống điện mặt trời có các tấm pin solar chuyển đổi năng lượng thì tuabin gió có 3 cánh quạt (N=3) để đón gió. Ở nước ngoài, tuabin gió được đặt trên các cánh đồng rộng lớn vì các cánh quạt phải được trải rộng để đảm bảo được lượng gió hập thụ và cách xa khu dân cư. Các turbine được đặt ngoài khơi sức gió sẽ tối ưu hơn nhưng chi phí xây dựng và bảo trì cao hơn đáng kể.

Tỉ lệ sản sinh ra điện của tuabin sẽ thuận với tỉ lệ độ lớn của cánh quạt. Hiểu một cách đơn giản là: cánh quạt càng lớn thì khả năng sản sinh điện và phát huy tác dụng của tuabin điện gió càng cao. Điện gió khi sản sinh ra điện có thể hòa vào điện lưới quốc gia.

Cấu tạo động cơ Tuabin điện gió thông thường

Động cơ Tuabin điện gió được xem như một chiếc máy phát điện sử dụng sức gió. Chi tiết quan trọng nhất vẫn là chiếc motor điện một chiều. Thiết bị này sẽ dùng cánh quạt cùng với nam châm có độ để đón lấy gió. Tuabin bao gồm:

• Anemometer: Bộ đo lường tốc độ gió. Chúng có trách nhiệm truyền dữ liệu của tốc độ gió đi tới bộ phận điểu khiển.
• Blades: Đây là cánh quạt, khi gió thổi sẽ tạo lực vào cánh quạt. Làm quay trục của động cơ tuabin và sau đó là dẫn tới các chuyển động liên hoàn của hệ thống tuabin điện gió.
• Brake: Bộ hãm (hay còn được gọi là phanh), chúng dùng để dừng hoạt động motor trong trường hợp khẩn cấp.
• Rotor: Bộ phận này bao gồm các cánh quạt và trục.
• Controller: Bộ điều khiển.
• Gear box: Bộ phận hộp số. Trong bộ phần này, phần bánh răng của hệ thống sẽ được nối với trục tốc độ cao và trục tốc độ thấp. Bánh răng này không thể thiếu và chúng khá đắt tiền.
• Generator: Bộ phận máy phát để phát ra nguồn điện.
• High – speed shaft: Là trục chuyển động tốc độ cao của một máy phát.
• Low – speed shaft: Ngược với High – speed shaft đó là trục chuyển động tốc độ thấp.
• Nacelle: Đây là phần vỏ của động cơ. Bao gồm lớp vỏ bọc ngoài và vỏ của Rotor. Được dùng để làm lớp bảo vệ, che chở cho các thành phần chi tiết cấu tạo bên trong của động cơ.
• Pitch: Đây là bộ phận giữ cho rotor có thể tạo ra điện khi chúng quay trong gió.

Nguyên lý hoạt động của turbine gió

Các turbine gió sẽ hoạt động, chuyển năng lượng của gió thành năng lượng cơ học và phát ra điện. Turbine gió được đặt trên trụ cao để đón 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 cho cánh quạt quay và dọc theo trục của tuabin. Đó là phần lực cơ học mà cánh quạt tạo ra.
• 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. Nguồn điện từ năng lượng gió này nhằm phục vụ cho con người để sử dụng cho các thiết bị trong đời sống sinh hoạt.

Ứng dụng, ưu và nhược điểm của động cơ tuabin điện gió.

• Động cơ tuabin điện gió có thể sử dụng cung cấp điện cho nhà cửa hoặc các nhu cầu điện năng khác. Chúng có thể nối tới một mạng điện lớn để phân phối mạng điện ra rộng hơn.
• Tuabin điện gió có thể lắp đặt ở mức công suất từ 50 kW đến công suất lớn hơn đến vài MW (Megawatt).
• Các tuabin điện gió công suất nhỏ dưới 50 kW thường được sử dụng cho hệ thống điện gió gia đình. Đặc biệt, thích hợp lắp đặt và sử dụng cho các vùng sâu vùng xa – những địa phương chưa có lưới điện.

Ưu điểm của công nghệ động cơ tuabin điện gió mới

• 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…

Nhược điểm và những 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 có thể làm cho tuabin gió có tính thẩm mỹ cao.

Các loại tuabin điện 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. Nhiều loại mô hình tuabin điện gió vẫn đang được tiếp tục phát triển.

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, và các tuabin lớn hơn đang được phát triển. 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.

Tuabin điện gió là thiết bị tạo năng lượng điện trong tương lai

Nhằm hướng đến vấn đề bảo vệ tài nguyên, môi trường và sử dụng năng lượng sạch. Điện gió và điện mặt trời được xem là nguồn điện giá rẻ và không bao giờ cạn kiệt. Nguồn năng lượng sạch và tái tạo cần được chú trọng đầu tư. Năng lượng bền vững có khả năng giải quyết các vấn đề đang còn tồn đọng. Giúp tiết kiệm và bảo vệ môi trường sống của con người với lợi nhuận cao và chi phí đầu tư ngày càng thấp. 

Trên đây là toàn bộ thông tin về cấu tạo tuabin điện gió, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của điện gió trong đời sống con người. Mysolar hy vọng có thể cung cấp đến đọc giả nhiều thông tin bổ ích về các nguồn điện sạch. Mọi thắc mắc liên hệ ngay hotline: 0903.907.789 để được tư vấn hay “chỉ đơn giản cùng nhau chia sẻ” những lợi ích mà hệ thống mang lại.