Một tuabin điện gió cùng các cánh quạt được chế tạo vô cùng phức tạp và tốn kém. Chính vì thế chúng trở thành một trong những thiết bị điện gió đắt tiền nhất. Vậy bạn có tò mò các kỹ sư đã thiết kế và chế tạo ra cánh quạt điện gió làm bằng chất liệu gì hay không? Và công dụng của chúng cụ thể như thế nào. Cánh quạt điện gió trục đứng liệu có những ưu nhược điểm gì? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
Nội dung bài viết
Cánh quạt điện gió làm bằng chất liệu gì?
Thoạt nhìn, cánh quạt điện gió có biên dạng khá giống với cánh máy bay nên nhiều người thường nhầm tưởng chúng được làm từ cùng một loại vật liệu. Trên thực tế, vật liệu tổng hợp để làm ra các cánh quạt của cánh quạt điện gió bao gồm thủy tinh và sợi carbon gắn với nhau bằng chất kết dính.
Kích thước và môi trường sẽ ảnh hưởng đến tỷ lệ của từng vật liệu. Cánh quạt của tuabin điện gió ở khu vực có tốc độ gió cao sẽ được chế tạo khác với cánh quạt của tuabin điện gió ở khu vực có tốc độ gió thấp. Các tuabin càng lớn thì cánh quạt của nó lại được chế tạo càng cứng.
Thời kỳ đầu các cánh quạt điện gió được làm bằng nhôm. Nhưng dần dần, các kỹ sư nhận thấy rằng nhôm quá nặng và cần thời gian để tăng tốc. Thay vào đó vật liệu composite từ thủy tinh và sợi carbon có thể tăng tốc nhanh chóng khi tốc độ gió tăng lên. Nó giúp cho các cánh quạt điện gió giữ được tốc độ ổn định và làm giảm ứng suất tổng thể của tuabin.
Trước đây, sau khi kết thúc vòng đời, khác với phần cột và vỏ động cơ có thể tái chế phần lớn, cánh quạt điện gió thường được chuyển đến bãi rác do chi phí cho việc gỡ chất kết dính quá tốn kém. Tuy nhiên, cánh quạt điện gió lại chiếm tới 10% vật liệu gia cố bằng sợi tại châu Âu và vấn đề ngày càng trầm trọng khi càng nhiều tuabin đang tiến đến cuối vòng đời. Do đó, người ta đã tìm cách thay đổi chất kết dính, giúp việc thu hồi các bộ phận của cánh quạt dễ dàng hơn, cho phép tái chế và sử dụng vào mục đích khác.
Cánh quạt điện gió có tác dụng gì?
Tuy có nhiều loại tuabin gió những tất cả chúng đều hoạt động dựa trên một tiền đề đó là sử dụng sức gió. Về cơ bản, các cánh quạt điện gió nhận động năng từ gió, khiến chúng quay. Động năng này có bản chất giống như lực nâng của cánh máy bay do cánh quạt điện gió cũng có biên dạng tương tự. Chuyển động quay này sau đó tạo ra điện.
Về mặt kỹ thuật, tuabin gió thường gồm từ 2 đến 3 cánh quạt. Những cánh quạt này xoay quanh một roto nối với trục chính của máy phát điện. Phần động năng được tạo ra khi cánh quạt điện gió quay sẽ được làm quay trục máy phát điện. Từ đó, tạo ra điện năng.
Cánh quạt điện gió trục đứng
Cánh quạt điện gió trục đứng ngày nay chủ yếu dựa trên hai nguyên lý hoạt động: sử dụng lực cản hoặc sử dụng lực nâng của gió. Đại diện cho hai loại nguyên lý hoạt động này là cánh quạt điện gió kiểu Savonius và kiểu Darrieus.
Tua-bin Savonius có thiết kế đơn giản nhất và được cấu tạo bởi hai hoặc nhiều gầu bán trụ, sử dụng lực cản của gió làm quay trục thẳng đứng nối với các thiết bị phát điện.
Trong khi đó kiểu Darrieus bao gồm một trục thẳng đứng và các cánh quạt gió có hình cánh cung, với hai đầu của cánh được gắn vào đầu và cuối của trục quay thẳng đứng. Sự chuyển động của những cánh quạt này ngược với hướng gió tạo ra một lực khí động học tác dụng lên trục, làm cho cánh quạt quay.
Ưu điểm của cánh quạt điện gió trục đứng
Cánh quạt điện gió trục đứng có nhiều ưu điểm so với tua-bin gió trục ngang truyền thống, đặc biệt là khi lắp đặt trong khu dân cư. Nó phù hợp với những cơn gió có tốc độ không ổn định, không giống như tua-bin gió trục ngang, phải đặt ở trên tháp cao để có thể tạo ra đủ điện.
So với tua-bin gió trục ngang, các tua-bin gió trục đứng có thể bắt đầu hoạt động với tốc độ gió thấp hơn và không phụ thuộc vào hướng gió. Điều này giúp cho các cánh quạt điện gió trục đứng được lắp đặt phổ biến tại những nơi diện tích nhỏ, khu dân cư, trên mái các tòa nhà với công suất chỉ từ vài kW đến vài trăm kW.
Trong khi đó tua-bin gió trục ngang lớn với các cánh quạt vuông góc với hướng gió sẽ có hiệu suất cao hơn, tạo ra nhiều điện năng hơn với công suất từ 3 – 4 MW nhưng yêu cầu của nó là phải được lắp đặt trên cao và đòi hỏi diện tích sử dụng lớn hơn, tạo thành các trang trại điện gió rộng lớn.
Hạn chế của cánh quạt điện gió trục đứng
Ngoài những ưu điểm nêu trên thì cánh quạt điện gió gió trục đứng cũng có những hạn chế.
Đầu tiên là hiệu suất quay kém dẫn đến hiệu suất phát điện thấp, tốc độ gió khả dụng thấp do thường lắp đặt dưới mặt đất.
Do thường lắp tại các khu dân cư nên các thành phần dễ bị hao mòn do bị tác động bởi môi trường xung quanh, hiệu quả chuyển đổi từ năng lượng gió thành năng lượng điện thấp hơn so với cánh quạt điện gió trục ngang (trung bình từ 10 đến 40% so với 50%).
Cuối cùng là cánh quạt điện gió trục đứng phải có cơ chế tự khởi động vì tốc độ gió thấp khó có thể làm mô men quay.
Lời kết
Trên đây là tổng hợp một số thông tin cần thiết để giải giải đáp các thắc mắc về chất liệu và tác dụng của cánh quạt điện gió cũng như tìm hiểu thêm về ưu nhược điểm của cánh quạt điện gió trục đứng. Bạn có thể tìm đọc nhiều bài viết hơn ở phần tin tức của PC1!
Xem thêm:
- Giải pháp năng lượng số: Tương lai của quản lý năng lượng
- Lưu trữ năng lượng: Tổng quan, ví dụ và các vấn đề thực tiễn
- Giải pháp năng lượng tái tạo: Con đường dẫn đến tương lai bền vững
