Tuabin gió hoạt động như thế nào?

Năng lượng gió là lĩnh vực năng lượng tái tạo phát triển nhanh nhất, thậm chí đánh bại cả năng lượng mặt trời. Điều đó có nghĩa là tuabin gió ngày càng trở thành một phần phổ biến trong cuộc sống của chúng ta. Mặc dù không giống như năng lượng mặt trời, tuabin gió hầu như chỉ là các dự án quy mô lớn được xây dựng bởi các nhà sản xuất công nghiệp và thương mại. Vì vậy, người bình thường ít có khả năng làm quen với cách thức hoạt động của tuabin gió. Hãy tiếp tục đọc để tìm hiểu về tuabin gió là gì và cách chúng sản xuất điện như thế nào?

Mục lục

Làm thế nào để tuabin gió tạo ra điện ? Nguyên lý hoạt động giải trí

Cách phổ biến nhất để tạo ra điện là quay một tuabin kết nối với máy phát điện. Điều này thường được áp dụng cho nhiên liệu hóa thạch, trong đó nhiên liệu được đốt cháy, tạo ra hơi hoặc khí có áp suất làm quay tuabin và tạo ra điện. Các tuabin gió hoạt động trên cùng một tiền đề, nhưng chúng sử dụng sức gió. Các cánh của tuabin gió thu nhận động năng từ gió, khiến chúng quay. Chuyển động quay này sau đó tạo ra điện.

Bước 1 : Gió đập vào tuabin

Trước khi bạn có thể khai thác năng lượng gió, cần có gió để thổi. Gió đập vào các cánh quạt, làm quay cánh quạt. Các cánh quạt có hình dạng giống như cánh máy bay, tương tự như cánh của máy bay, khiến chúng tạo ra lực nâng. Đây là lực tạo ra điện. Vì các cánh luôn chuyển động nên gió sẽ tác động vào các cánh theo một góc tương đối. Các cánh quạt được thiết kế với mục đích này, kết hợp xoắn và góc để tận dụng momen động lượng và thu được nhiều năng lượng nhất có thể.

Bước 2 : Tua bin quay

Khi tuabin quay, nguồn năng lượng gió sẽ được chuyển vào hộp số. Bản thân tuabin gió quay quá chậm để tạo ra điện, vì thế cần có bánh răng để khuếch đại mô-men xoắn. Hộp số gồm có một trục vận tốc thấp và một trục vận tốc cao. Các cánh được liên kết với trục vận tốc thấp, trục này liên kết với trục vận tốc cao. Trục vận tốc cao liên kết với máy phát điện .

Bước 3 : Điện !

Hộp số giống như một cái phễu, ép một lượng lớn nguồn năng lượng vào một cánh quạt nhỏ, làm quay một nam châm từ điện bên trong máy phát điện. Điện được tạo ra khi nguồn năng lượng cơ học từ gió được chuyển thành nguồn năng lượng điện .

Bước 4 : Truyền điện

Dòng điện chạy qua những dây cáp trong tháp đến một máy biến áp ở chân tuabin gió. Máy phát điện trong hầu hết những tuabin gió tạo ra nguồn điện xoay chiều, do đó không cần phải quy đổi từ điện một chiều sang điện xoay chiều như ở nhà máy điện truyền thống lịch sử. Máy biến áp khuếch đại điện áp để phân phối trên diện rộng .

Hướng và Tốc độ gió

Vận tốc và hướng của gió có tác động ảnh hưởng chính đến hiệu suất tạo ra bởi những tuabin gió. Gió mạnh hơn tạo ra nhiều điện hơn, mặc dầu có số lượng giới hạn. Các tuabin sẽ tắt khi vận tốc gió trên 55 dặm / giờ để tránh hư hỏng, và có những trường hợp tuabin bị tàn phá trọn vẹn do gió lớn trong những cơn bão. Tương tự, vận tốc gió quá thấp sẽ mang lại ít năng lực sản sinh ra điện. Hầu hết những tuabin gió ngừng hoạt động giải trí khi vận tốc gió giảm xuống dưới 8 dặm / giờ .
Tua bin hoạt động giải trí tốt nhất khi gió vuông góc với mặt phẳng của cánh quạt, hoặc khi cánh quạt và hướng gió tạo thành góc 180 độ. Hiệu suất của tuabin giảm xuống khi góc khởi đầu lệch. Bản chất không tuyệt vời và hoàn hảo nhất và hướng gió hoàn toàn có thể biến hóa bất ngờ đột ngột mà không cần thông tin nhiều, vì thế hầu hết những tuabin gió đều được trang bị hệ thống ngàm và mô tơ khuynh hướng tuabin theo hướng gió .

Thượng nguồn so với Hạ lưu

Thượng nguồn là nơi gió thổi đến, hoặc khu vực phía trước tuabin. Hạ lưu là nơi gió đang đi, hoặc phía sau tuabin gió. Vì những tuabin gió đang khai thác nguồn năng lượng từ gió, nên vận tốc gió ở hạ lưu luôn thấp hơn vận tốc gió ở thượng nguồn. Tốc độ gió chạy qua mặt phẳng, hoặc đoạn thao tác của tuabin là trung bình của tốc độ thượng lưu và hạ lưu. Hiệu suất của tuabin cao nhất khi vận tốc gió ở hạ lưu bằng 1/3 vận tốc gió ở thượng lưu. Hiệu suất của tuabin gió bị số lượng giới hạn bởi Giới hạn của Betz, pháp luật rằng không có tuabin gió nào hoàn toàn có thể khai thác hơn 59,3 % nguồn năng lượng gió sẵn có .

Các bộ phận của tuabin gió là gì ?

Nhìn từ bên ngoài, phong cách thiết kế của một tuabin gió có vẻ như đơn thuần. Nó chỉ là một chiếc quạt khổng lồ, phải không ? Sai lầm. Đạt được hiệu suất cao tốt nhất có nghĩa là vô vàng kỹ thuật, vật lý và động lực học chất lỏng được đưa vào phong cách thiết kế tuabin gió. Chúng là một hệ thống phức tạp gồm những bộ phận hoạt động giải trí để khai thác nhiều nguồn năng lượng nhất hoàn toàn có thể .

Cảnh quạt và Rotor

Đặc điểm chính của tuabin gió là những cánh quạt. Hầu hết có ba, mặc dầu 1 số ít phong cách thiết kế chỉ nhu yếu hai cánh. Các cánh quạt có hình dạng giống như cánh máy bay, giống như cánh của máy bay. Thiết kế khí động học này tạo ra lực nâng nhiều hơn lực cản, khiến những cánh quạt quay .
Kể từ khi những cánh quay, chúng hứng chịu gió một cách tương đối. Mặc dù gió vuông góc với những cánh quạt, đầu trên của cánh gió chịu nhiều gió nhất. Vì vậy, những nhà phong cách thiết kế nghiêng những cánh quạt theo hướng tương đối của gió để tối đa hóa hiệu suất cao. Tốc độ và hướng gió tương đối đổi khác một chút ít đi từ gốc của lưỡi đến đầu ngọn. Các cánh hiệu suất cao nhất có một chút ít xoắn để tận dụng hiệu ứng này .
Các cánh được gắn vào một TT hình nón. Cùng với nhau, những cánh quạt và trục tạo thành rôto quay theo chiều gió .

Hộp số

Tự bản thân, những tuabin gió quay quá chậm để tự sản xuất nguồn năng lượng. Để quay máy phát điện đủ nhanh để tạo ra điện, cần phải có hộp số để tăng vận tốc quay. Hộp số gồm có một trục vận tốc cao và một trục vận tốc thấp. Rotor được nối với trục vận tốc thấp, trục này nối với trục vận tốc cao và đến lượt nó, nối với máy phát điện. Hộp số bảo vệ rằng đủ mô-men xoắn, hoặc nguồn năng lượng quay, đến máy phát điện để tạo ra điện .

Máy phát điện

Máy phát điện là nơi sản xuất ra điện năng. Mô-men xoắn tạo ra bởi Rotor được khuếch đại trong hộp số và sau đó được chuyển thành nguồn năng lượng điện. Giống như hầu hết những máy phát điện, máy phát điện trong tuabin gió quay một cánh quạt được liên kết với một nam châm từ điện để tạo ra điện .

Phanh vận tốc ( Brake )

Để tránh bị hư hại khi có gió vận tốc cao, những tuabin gió được trang bị phanh hãm vận tốc. Nếu vận tốc gió vượt quá 55 dặm / giờ, ngắt sẽ bật lên, dừng hoạt động quay của những cánh quạt. Điều này bảo vệ cánh quạt, hộp số và máy phát điện khỏi bị hư hỏng .

Vỏ

Tất cả những bộ phận trên được đặt bên trong nacelle. Các nacelle là hộp phía sau những cánh quạt và Rotor. Nó bảo vệ hộp số, cánh quạt và máy phát điện khỏi tiếp xúc với những yếu tố .

Máy đo gió và Wind vane

Máy đo gió là một thiết bị đo tốc độ gió. Máy đo gió sẽ gửi tín hiệu đến tốc độ phanh khi tốc độ gió quá cao hoặc quá thấp. Wind vane đo hướng gió và gửi tín hiệu đến thiết bị điện tử điều khiển hệ thống yaw. Cả hai máy đo gió và Wind vane đều nằm trên đỉnh của ống gió, thường hướng về phía sau.

Hệ thống Yaw

Hệ thống yaw giữ cho tuabin gió được xu thế theo đúng hướng. Giống như tất cả chúng ta đã nói trước đó, hiệu suất tối đa đạt được khi những cánh quạt tuabin vuông góc với hướng gió. Hệ thống yaw nhận đầu vào từ cánh gió về hướng gió và xu thế tua bin cho tương thích. Nó gồm có một hệ thống động cơ và phanh, và sử dụng bánh răng điện hoặc ổ trục thủy lực để quay. Hệ thống yaw được đặt ở vị trí của nacelle gặp tháp .

Tower

Gió có khuynh hướng mạnh hơn ở độ to lớn hơn, thế cho nên những tuabin gió được đặt trên đỉnh tháp lớn để tận dụng vận tốc gió cao hơn. Chiều cao của tháp rất quan trọng khi nhìn nhận năng lực phát điện. Nâng hoặc hạ chiều cao tháp hoàn toàn có thể tác động ảnh hưởng lớn đến hiệu suất điện dự kiến. Trong khi Indiana có hiệu suất điện dự kiến ​ ​ là 30.000 MW, số lượng đó đã tăng lên 40.000 MW khi chiều cao tháp được nâng từ 50 m lên 70 m. Chiều cao trung bình của tháp khoảng chừng 65 mét. Để tránh xô lệch, việc tăng gấp đôi chiều cao tháp yên cầu phải tăng gấp đôi đường kính của tháp và tăng lượng vật tư lên gấp 4 lần .

Phần lớn những tháp được làm bằng thép và chiếm từ 30 % đến 65 % tổng khối lượng của tuabin. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư đang nghiên cứu và điều tra những kim loại tổng hợp thép hạng sang hơn có khối lượng nhẹ hơn nhưng vẫn mang lại sự không thay đổi. Thép có điểm yếu kém của nó, vì nó không đủ mạnh để tương hỗ việc kiến thiết xây dựng những tòa tháp cao hơn 90 mét. Nghiên cứu đang được thực thi trên thép trộn với bê tông dự ứng lực, hoàn toàn có thể tương hỗ việc kiến thiết xây dựng những tuabin gió siêu cao .
Tòa tháp chứa những dây cáp chạy điện đến bộ chuyển đổi điện ở chân của nó. Trong hầu hết những tuabin, dòng điện được tạo ra đã là dòng điện xoay chiều, hoàn toàn có thể chạy qua một máy biến áp để tăng hoặc giảm điện áp, sau đó được cấp trực tiếp vào lưới điện .

Các loại tuabin gió :

Loại tuabin gió thông dụng nhất là tuabin gió trục ngang, gọi tắt là HAWT. Thiết kế HAWT sản xuất hầu hết nguồn năng lượng gió ngày này. Nó chỉ đơn thuần là phong cách thiết kế hiệu suất cao nhất và được điều tra và nghiên cứu kỹ lưỡng. Các cánh trên HAWT tạo ra lực nâng, làm cho những tuabin quay và tạo ra điện. Không giống như những phong cách thiết kế khác, HAWT phải đương đầu với gió để có hiệu suất cao và được trang bị hệ thống ngàm để bảo vệ đạt được góc 180 độ không đổi. Hầu hết những HAWT có 3 cánh, nhưng phong cách thiết kế hai cánh cũng thông dụng .

VAWT, hoặc tuabin gió tiếp cận thẳng đứng, ít thông dụng hơn. Như tên cho thấy, VAWT có tuabin khuynh hướng thẳng đứng quay quanh trục TT. Một ưu điểm chính của VAWT là chúng không phải hướng về phía gió, điều này rất tốt cho những khu vực có hướng gió đổi khác. Trong khi 1 số ít VAWT là những dự án Bất Động Sản quy mô lớn, hầu hết có xu thế được sử dụng ở quy mô nhỏ, như cấp điện cho một tòa nhà hoặc cấu trúc nhỏ .
Saponius VAWTs và Darrieus VAWTs là hai phong cách thiết kế phổ cập nhất. Saponius VAWT là một trong những cách đơn thuần nhất để tạo ra nguồn năng lượng gió, được thực thi bằng cách sử dụng một vài cánh quạt hoặc muỗng, được hợp nhất thành một trục quay TT. Chúng tự khởi động, nhưng hiệu suất cao thấp vì chúng tạo ra nguồn năng lượng bằng cách sử dụng lực cản thay vì lực nâng. Các tuabin Darrieus sử dụng hai cánh gió cong lớn gắn vào đỉnh và đế của trục TT. Darrieus VAWT khá hiệu suất cao vì chúng tạo ra điện bằng thang máy, nhưng chúng có những điểm yếu về cấu trúc. Họ cũng cần một nguồn điện bên ngoài để khởi đầu .

Các trang trại gió

Một nhóm những tuabin gió tạo ra nguồn năng lượng tại một khu vực được gọi là trang trại gió. Một trang trại điện gió hoàn toàn có thể có quy mô khác nhau, từ một số ít ít tuabin gió đến vài trăm tuabin. Số lượng những trang trại điện gió đang tăng lên trên toàn thế giới và khi những tuabin gió ngày càng trở nên hiệu suất cao, cần ít tuabin gió hơn trên một đơn vị chức năng hiệu suất. Các trang trại điện gió hoàn toàn có thể ở trên bờ hoặc ngoài khơi. Trang trại điện gió trên bờ lớn nhất là Trang trại gió Cam Túc ở Trung Quốc. Trang trại có hiệu suất hiện tại là 8GW, và những kỹ sư có kế hoạch lan rộng ra trang trại lên 20GW. Trang trại ngoài khơi lớn nhất là Hornsea 1 ở Anh, với hiệu suất 1,2 GW. Khi hàng loạt dự án Bất Động Sản Hornsea triển khai xong, nó sẽ có tổng hiệu suất là 6GW. Ở Nước Ta cũng có rất nhiều trang trại gió đã được thiết kế xây dựng như Trung Nam ở Ninh Thuận, Quảng Trị …

Tua bin gió hoàn toàn có thể sản xuất bao nhiêu điện ?

Các tuabin gió lớn hoàn toàn có thể cung ứng hiệu suất từ ​ ​ vài trăm kilowatt đến vài megawatt, nhưng vì vận tốc gió thường đổi khác, nên sản lượng điện của tuabin gió cũng vậy. Nếu một tuabin gió được nhìn nhận ở hiệu suất 1,5 MW, thì nó được kỳ vọng sẽ tạo ra ít điện năng hơn đáng kể trong thực tiễn. Nói chung, tuabin gió ngoài khơi lớn hơn tuabin trên bờ, và do đó hoàn toàn có thể tạo ra nhiều nguồn năng lượng hơn. Các tuabin gió ngoài khơi lớn nhất có sản lượng điện cao tới 8 MW .
Các tuabin gió mới hơn được cố ý phong cách thiết kế để không hoạt động giải trí hết hiệu suất. Một phần nhỏ nguồn năng lượng được tàng trữ trong máy phát điện hoặc lưới điện cho những lúc thiết yếu, ví dụ điển hình như sự cố trong hệ thống điện. Năng lượng bổ trợ này cũng được sử dụng trong thời hạn vận tốc gió thấp để duy trì nguồn cung ứng điện liên tục .

Nên đặt tuabin gió ở đâu ?

Bất kỳ khu vực nào có gió mạnh đều là vị trí mong ước cho một trang trại điện gió. Nói chung, gió mạnh nhất được tìm thấy trực tiếp ngoài khơi và trên những đèo núi. Đèo có xu thế là vị trí lý tưởng vì chúng có gió mạnh và không thay đổi đến từ một hướng duy nhất. Khả năng tiếp cận hệ thống điện, địa lý vật lý và giá điện địa phương cũng đóng một vai trò quan trọng. Một số nơi nhiều gió nhất trên quốc tế nằm gần những cực, nhưng cái lạnh cực độ và thiếu những khu dân cư đông đúc có nghĩa là có rất ít nguyên do để thiết kế xây dựng một trang trại gió .

Kết Luận :

Làm thế nào để tuabin gió tạo ra điện ?

Tua bin gió thu năng lượng từ gió. Năng lượng này sau đó được khuếch đại bằng cách sử dụng một hộp số, làm quay rotor trong máy phát điện, quy đổi cơ năng thành nguồn năng lượng điện. Các tuabin gió có hiệu suất từ ​ ​ 40 % đến 50 %, nhưng hiệu suất của chúng bị số lượng giới hạn bởi Giới hạn của Betz, pháp luật rằng không có tuabin gió nào hoàn toàn có thể khai thác hơn 59,3 % nguồn năng lượng của gió .

Các loại tuabin gió khác nhau là gì ?

Tua bin gió truy vấn ngang, hoặc HAWT, hoặc tuabin gió thông dụng nhất. HAWT hiệu suất cao hơn và không thay đổi hơn. Hầu hết những HAWT có hai hoặc ba lưỡi, và chúng sử dụng lực cản để tạo ra sự sống. HAWT phải đương đầu với gió để có hiệu suất cao. Tua bin gió tiếp cận thẳng đứng, hoặc VAWT, ít thông dụng hơn. VAWT thường được sử dụng ở quy mô nhỏ hơn để cấp điện cho những tòa nhà đơn lẻ hoặc những khu công trình nhỏ .

Trang trại điện gió lớn nhất quốc tế ở đâu ?

Trang trại gió Cam Túc ở Trung Quốc là trang trại lớn nhất thế giới, với công suất hiện tại là 8 GW, mặc dù các kế hoạch trong tương lai yêu cầu tổng công suất là 20 GW. Trang trại điện gió ngoài khơi lớn nhất thế giới nằm ngay ngoài khơi nước Anh. Hornsea 1 có công suất 1,2 GW, nhưng khi dự án bốn giai đoạn hoàn thành, dự án Hornsea sẽ có công suất 6 GW.

Điều kiện gió tốt nhất cho tuabin gió là gì ? Gió mạnh là tốt nhất để tạo ra nguồn năng lượng gió. Gió lý tưởng nên từ 8 đến 50 dặm / giờ và đến từ một hướng duy nhất. Nó cũng phải là một luồng gió không thay đổi, không có nhiễu động hoặc gió giật bất ngờ đột ngột .

Source: https://vh2.com.vn
Category : Công Nghệ