Turbin gió là gì? Tìm hiểu cấu tạo của Turbin gió

Điện gió đang nổi lên như một trong những nguồn năng lượng tái tạo có tiềm năng phát triển lớn trong tương lai. Với các ưu điểm như là một nguồn năng lượng sạch, không gây ra khí thải carbon và không tiêu tốn nguyên liệu hóa thạch, điện gió đang thu hút sự quan tâm của nhiều quốc gia và doanh nghiệp.

Điều đó có nghĩa là Turbin gió đang dần trở nên phổ biến, tuy turbin gió chỉ xuất hiện ở các ở các dự án quy mô lớn đòi hỏi vốn đầu tư nhiều. Vì vậy, sẽ có khá nhiều người vẫn chưa hình dung được hình dạng cũng như cấu tạo của turbin gió. Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn hình dung được cấu tạo turbin gió cũng như nguyên lý hoạt động của nó.

Turbin gió là gì?

Turbin gió, còn được gọi là cánh quạt gió hoặc cánh quạt gió, là thiết bị chuyển động của hệ thống điện gió, được sử dụng để chuyển đổi năng lượng từ gió thành năng lượng điện. Cấu tạo Turbin gió bao gồm một số cánh quạt được gắn vào một trục, và khi gió thổi qua, cánh quạt sẽ quay, tạo ra động lượng quay. Động lượng này sau đó được chuyển đổi thành năng lượng điện thông qua một động cơ generator được kết nối với trục quay.

Các cánh quạt của turbin gió thường được thiết kế để tận dụng sức gió để tạo ra động lượng quay càng nhiều càng tốt. Thiết kế cánh quạt phải cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất cao và ổn định trong nhiều điều kiện gió khác nhau.

turbin gió là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của turbin gió?
Turbin gió là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của turbin gió?

Turbin gió có thể có nhiều kích thước và công suất khác nhau, từ những đơn vị nhỏ dành cho việc cung cấp năng lượng cho các gia đình hoặc nhà máy nhỏ, đến các cụm turbin lớn tạo thành các trang trại gió có khả năng cung cấp năng lượng cho hàng nghìn hộ gia đình hoặc khu công nghiệp lớn.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Turbin gió

Nhìn tổng quan cấu tạo turbin gió khá đơn giản. Nhưng bên trong đó được cấu tạo từ nhiều linh kiện thông minh và các nguyên tắc về Vật Lý, Toán Học, Cơ học,…

Cánh quạt

Cánh quạt là phần quan trọng của hệ thống turbin gió, đóng vai trò chính trong việc chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng điện.

Turbin gió bình thường sẽ có ba cánh quạt chính. Các cánh quạt có hình dạng giống như cánh máy bay. Chúng có thể được làm từ các vật liệu như composite, fiberglass hoặc carbon fiber để đảm bảo độ bền và độ nhẹ. Thiết kế này giúp tạo ra lực nâng nhiều hơn, giúp cho các cánh quạt quay.

Turbin gió bình thường sẽ có ba cánh quạt chính. Các cánh quạt có hình dạng giống như cánh máy bay. Chúng có thể được làm từ các vật liệu như composite, fiberglass hoặc carbon fiber để đảm bảo độ bền và độ nhẹ. Thiết kế này giúp tạo ra lực nâng nhiều hơn, giúp cho các cánh quạt quay.
Cánh quạt của turbin gió

Cánh quạt có nhiệm vụ chuyển đổi động lượng của gió thành động lượng quay cho rotor. Thiết kế cánh quạt phải được tối ưu hóa để tận dụng sức gió một cách hiệu quả nhất, cánh quạt sẽ được đặt nghiên theo thướng thương đối của gió để tối ưu hóa hiệu quả. Từ đó, tạo ra đủ lực đẩy để quay rotor với tốc độ phù hợp.

Rotor

Rotor là phần của turbin gió chứa các cánh quạt, thường được gắn trên một trục quay. Rotor thường có thiết kế xoay theo hướng gió và có thể có từ một đến nhiều cánh quạt tùy thuộc vào kích thước và công suất của turbin.

Rotor là bộ phận chịu trách nhiệm chuyển động của gió thành động lượng quay. Khi gió thổi qua, cánh quạt trên rotor sẽ tạo ra lực đẩy, đẩy rotor quay. Động lượng quay này sau đó được truyền đến trục turbine để kích hoạt generator tạo ra điện năng.

Hộp số

Hộp số (gearbox) là một thành phần quan trọng trong hệ thống turbin gió, đóng vai trò chính trong việc tăng tốc độ quay của rotor để đáp ứng yêu cầu của generator.

Hộp số thường bao gồm một loạt các bánh răng và trục quay được kết nối với rotor và generator. Cấu trúc phức tạp của hộp số giúp chuyển đổi động lượng quay từ rotor thành tốc độ quay cao hơn để tạo ra năng lượng điện đủ mạnh. Các bánh răng trong hộp số thường được làm từ thép cường độ cao hoặc các vật liệu chịu mài mòn, đảm bảo độ bền và độ ổn định trong quá trình vận hành.

Cấu tạo hộp số của turbin gió
Cấu tạo hộp số của turbin gió

Vai trò chính của hộp số là tăng tốc độ quay của rotor từ mức thấp ban đầu của gió lên mức cao hơn, phù hợp với yêu cầu của generator để tạo ra điện năng. Quá trình này giống như việc sử dụng hộp số trong ô tô để tăng tốc độ của động cơ. Hộp số được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi năng lượng, giảm thiểu mất mát năng lượng trong quá trình chuyển đổi. Điều này giúp tăng hiệu suất toàn diện của hệ thống turbin gió và tăng cường sản lượng điện.

Máy phát điện

Máy phát điện (generator) là một thành phần chính trong hệ thống turbin gió, có vai trò chuyển đổi năng lượng cơ thành năng lượng điện.

Máy phát điện thường bao gồm một rotor (trục quay) và một stator (bộ nam châm cố định). Rotor được kết nối với hộp số và turbin gió, trong khi stator được kết nối với lưới điện hoặc hệ thống lưu trữ năng lượng. Máy phát điện hoạt động dựa trên nguyên tắc của định luật Faraday, trong đó sự chuyển động của dây dẫn trong một trường từ có thể tạo ra dòng điện. Trong máy phát điện, rotor được quay bởi turbin gió, tạo ra dòng điện xoay chiều trong stator.

Vai trò chính của máy phát điện là chuyển đổi năng lượng cơ từ rotor thành năng lượng điện trong stator. Khi rotor quay, dòng điện được tạo ra trong stator và sau đó được chuyển đến hệ thống điện để cung cấp điện năng cho mạng lưới hoặc hệ thống lưu trữ.

Một số máy phát điện có khả năng điều chỉnh điện áp và tần số đầu ra để đảm bảo rằng điện năng được cung cấp có chất lượng và đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống điện. Máy phát điện được thiết kế để hoạt động ổn định và hiệu quả trong mọi điều kiện, từ tốc độ gió thấp đến tốc độ gió cao, để tối ưu hóa sản lượng điện của turbin gió.

Phanh tốc độ

Phanh tốc độ (brake) là một thành phần quan trọng trong hệ thống turbin gió, có vai trò quản lý tốc độ quay của rotor để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của turbin gió.

Phanh tốc độ thường được điều khiển bằng cách kích hoạt hoặc giải hoạt các cánh phanh hoặc thiết bị khác được gắn trên rotor hoặc trục quay của turbin gió. Khi được kích hoạt, phanh tốc độ tạo ra lực cản hoặc tạo ra một lực lùi (retardation force) để giảm tốc độ quay của rotor khi tốc độ vượt quá 55 dặm/giờ. Điều này sẽ bảo vệ cánh quạt, hộp số và máy phát điện khỏi hư hỏng.

Vỏ

Vỏ (nacelle) là một phần quan trọng trong hệ thống turbin gió, thường được đặt trên đỉnh của cột turbine và chứa các thành phần chính của turbin gió.

Vỏ thường có hình hộp chữ nhật hoặc hình trụ, được làm từ các vật liệu như thép, composite, hoặc nhôm để đảm bảo độ bền và bảo vệ các thành phần bên trong. Kích thước của vỏ phụ thuộc vào loại và kích thước của turbin gió, nhưng thường đủ rộng để chứa các thành phần như hộp số, máy phát điện, và hệ thống điều khiển.

Vỏ bảo vệ các thành phần quan trọng bên trong như hộp số, máy phát điện và các linh kiện điện tử khác khỏi tác động của thời tiết và môi trường bên ngoài như mưa, gió, hoặc bụi bẩn. Vỏ cung cấp không gian an toàn cho công nhân hoặc kỹ thuật viên để thực hiện bảo trì, sửa chữa hoặc kiểm tra turbin gió mà không phải tiếp xúc trực tiếp với các phần quay hoặc các linh kiện chuyển động. Thiết kế vỏ có thể được tối ưu hóa để giảm thiểu tổn thất năng lượng do lực cản của gió, đồng thời tối đa hóa hiệu suất toàn diện của turbin gió.

Máy đo gió

Máy đo gió (wind measurement device) là một thành phần quan trọng trong hệ thống turbin gió, có vai trò đo lường và thu thập thông tin về tốc độ và hướng gió.

Máy đo gió thường được trang bị các cảm biến để đo lường tốc độ và hướng gió. Cảm biến có thể là cảm biến vòng quay, cảm biến siêu âm, hoặc cảm biến lực. Máy đo gió thường được đặt ở vị trí cao trên cột turbine hoặc trên vỏ (nacelle) của turbin gió để đảm bảo việc đo lường chính xác và đáng tin cậy.

Máy đo gió đo lường và ghi lại tốc độ và hướng gió tại vị trí cụ thể của turbin gió. Thông tin này cần thiết để đánh giá tiềm năng năng lượng của khu vực, điều chỉnh hoạt động của turbin gió, và dự đoán sản lượng điện.

Thông tin về tốc độ và hướng gió từ máy đo gió có thể được sử dụng để điều khiển hướng quay và cánh quạt của turbin gió để tối ưu hóa hiệu suất và tối đa hóa sản lượng điện. Máy đo gió cung cấp thông tin về điều kiện gió trong khu vực cụ thể, giúp đánh giá nguyên nhân của bất kỳ sự cố hoặc biến động nào trong hiệu suất của turbin gió.

Windvane

Windvane là một loại máy đo gió đặc biệt được sử dụng để đo lường hướng gió trong hệ thống turbin gió.

Windvane thường bao gồm một thanh nhẹ và nhạy cảm được gắn trên một trục xoay. Thanh nhẹ này thường có hình dạng hình lá, với một đầu nhọn và một đầu rộng. Windvane thường được làm từ các vật liệu như kim loại hoặc composite nhẹ để đảm bảo độ nhạy cảm và độ bền trong môi trường ngoài trời.

Vai trò chính của windvane là đo lường hướng gió. Khi gió thổi qua, windvane sẽ tự động xoay theo hướng của gió, với đầu nhọn của nó chỉ vào hướng mà gió đang thổi. Thông tin về hướng gió từ windvane được sử dụng để điều chỉnh hướng quay của turbin gió, đảm bảo rằng cánh quạt được hướng theo hướng gió tốt nhất để tối ưu hóa hiệu suất và sản lượng điện. Windvane cũng cung cấp thông tin quan trọng về hướng gió trong khu vực cụ thể, giúp đánh giá và dự đoán các biến động trong điều kiện gió và tối ưu hóa hoạt động của turbin gió.

Hệ thống Yaw

Hệ thống Yaw là một phần quan trọng của hệ thống turbin gió, được thiết kế để điều chỉnh hướng quay của turbin gió để đảm bảo rằng cánh quạt luôn hướng vào hướng gió tối ưu.

Hệ thống Yaw bao gồm các bộ phận như motor, hộp số, và cơ cấu xoay được gắn trên vỏ (nacelle) hoặc trục turbin gió. Cơ cấu xoay này cho phép turbin gió xoay quanh trục thẳng đứng của nó để thay đổi hướng quay. Hệ thống Yaw thường được trang bị cảm biến hướng gió để xác định hướng gió hiện tại và điều chỉnh hướng quay của turbin gió dựa trên thông tin này.

Vai trò chính của hệ thống Yaw là điều chỉnh hướng quay của turbin gió để đảm bảo rằng cánh quạt luôn hướng vào hướng gió tối ưu. Khi hướng gió thay đổi, hệ thống Yaw sẽ tự động điều chỉnh hướng quay của turbin gió để tối ưu hóa hiệu suất.

Bằng cách điều chỉnh hướng quay, hệ thống Yaw giúp tối ưu hóa hiệu suất của turbin gió bằng cách đảm bảo rằng cánh quạt luôn tiếp nhận áp suất gió tốt nhất để tạo ra năng lượng điện. Hệ thống Yaw cũng có thể được sử dụng trong quá trình bảo trì hoặc sửa chữa turbin gió. Nó cho phép turbin gió được quay ra khỏi hướng gió để an toàn thực hiện các công việc bảo dưỡng hoặc sửa chữa.

Tower

Tower là cột dọc mà Turbin gió được gắn trên đó và đặt lên đó để đạt được độ cao phù hợp để tận dụng sức gió ở độ cao lớn.

Towers thường được làm từ thép, beton, hoặc composite, những vật liệu này cung cấp độ cứng và độ bền phù hợp để chịu được trọng lực và áp lực từ turbin gió (chiếm từ 30% đến 65% tổng trọng lượng của tuabin). Towers có thể có nhiều kích thước và chiều cao khác nhau, tùy thuộc vào loại turbin gió và yêu cầu của dự án. Chiều cao của tower thường nằm trong khoảng từ vài chục đến vài trăm mét.

Towers thường được làm từ thép, beton, hoặc composite, những vật liệu này cung cấp độ cứng và độ bền phù hợp để chịu được trọng lực và áp lực từ turbin gió (chiếm từ 30% đến 65% tổng trọng lượng của tuabin). Towers có thể có nhiều kích thước và chiều cao khác nhau, tùy thuộc vào loại turbin gió và yêu cầu của dự án. Chiều cao của tower thường nằm trong khoảng từ vài chục đến vài trăm mét.
Thân trụ của Turbin gió

Vai trò chính của tower là nâng turbin gió lên độ cao phù hợp để tận dụng được sức gió ở độ cao lớn hơn. Điều này giúp tăng hiệu suất của turbin gió và tạo ra năng lượng điện một cách hiệu quả. Tower cũng chịu trách nhiệm hỗ trợ cho các phần khác của hệ thống turbin gió như vỏ (nacelle), rotor và cánh quạt.

Nó cung cấp một nền tảng ổn định và an toàn cho các phần này khi chúng hoạt động trong môi trường ngoài trời khắc nghiệt. Tower cũng cung cấp một cơ sở an toàn cho việc bảo trì và sửa chữa turbin gió. Nó cho phép kỹ thuật viên truy cập turbin gió một cách an toàn để thực hiện các công việc bảo trì và kiểm tra định kỳ.

Kết luận

Tóm lại, Turbin gió là một phần quan trọng của ngành công nghiệp năng lượng tái tạo, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra điện năng sạch và bền vững từ sức gió. Qua bài viết này, chúng ta đã được tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của turbin gió.

Turbin gió bao gồm các thành phần như cánh quạt, rotor, nacelle, và hệ thống yaw, được thiết kế để tận dụng sức gió và chuyển đổi thành năng lượng điện. Hiểu rõ về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của turbin gió không chỉ giúp chúng ta đào sâu vào công nghệ này mà còn thúc đẩy sự phát triển của nguồn năng lượng sạch và bền vững trong tương lai.

CÔNG TY TNHH ELECTRONICS CONTROL TECHNOLOGY

Hotline: 093 624 15 01

Email: info.ectechltd@gmail.com

Website: https://ec-tech.vn/

Facebook: https://www.facebook.com/ectech.vn

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Dự toán chi phí