LàM THẾ NàO ĐỂ TUABIN GIó LàM VIỆC?

Send

Có lẽ bạn đã nhìn thấy họ khi lái xe qua vùng nông thôn. Hoặc có thể bạn đã nhìn thấy chúng ở ngoài khơi, hiện ra lờ mờ trên đường chân trời với những lưỡi kiếm xoay tròn. Sau đó, một lần nữa, bạn có thể đã nhìn thấy chúng trên mái nhà của ai đó, hoặc là một phần của hoạt động đô thị quy mô nhỏ. Bất kể vị trí, tuabin gió và năng lượng gió đang trở thành một tính năng ngày càng phổ biến trong thế giới hiện đại.

Phần lớn điều này có liên quan đến mối đe dọa biến đổi khí hậu, ô nhiễm không khí và mong muốn loại bỏ loài người khỏi sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Và khi nói đến năng lượng thay thế và tái tạo, năng lượng gió dự kiến sẽ chiếm thị phần lớn thứ hai của thị trường trong tương lai (sau năng lượng mặt trời). Nhưng chính xác làm thế nào để tuabin gió hoạt động?

Sự miêu tả:

Tua bin khí là thiết bị biến động năng của gió và thay đổi luồng không khí thành năng lượng điện. Nói chung, chúng bao gồm các thành phần sau: rôto, máy phát điện và thành phần hỗ trợ cấu trúc (có thể có dạng tháp, cơ chế ngáp rôto hoặc cả hai).

Một cánh quạt bao gồm các cánh quạt thu năng lượng Gió và một trục, giúp chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng quay tốc độ thấp. Máy phát điện - được kết nối với trục - chuyển đổi vòng quay chậm thành cao thành năng lượng điện bằng cách sử dụng một loạt nam châm và dây dẫn (thường bao gồm dây đồng cuộn).

Khi nam châm quay xung quanh với dây đồng, nó tạo ra sự khác biệt về điện thế, tạo ra điện áp và dòng điện. Cuối cùng, có thành phần hỗ trợ cấu trúc, đảm bảo rằng tuabin đứng ở độ cao đủ cao để nắm bắt tối ưu các thay đổi về áp lực gió và / hoặc quay mặt theo hướng gió.

Các loại tuabin gió:

Hiện nay, có hai loại tuabin gió chính - Tua bin gió trục ngang (HAWT) và Tua bin gió trục dọc (VAWT). Đúng như tên gọi, các tuabin gió nằm ngang có trục cánh quạt chính và máy phát điện ở đỉnh tháp, với các cánh quạt hướng vào gió. Tua bin thường được đặt ở vị trí ngược của tháp hỗ trợ, vì tháp có khả năng tạo ra nhiễu loạn phía sau nó.

Tua bin trục thẳng đứng (một lần nữa, như tên gọi của nó) có trục cánh quạt chính được sắp xếp theo chiều dọc. Thông thường, chúng nhỏ hơn trong tự nhiên và không cần phải hướng theo hướng gió để xoay. Do đó, họ có thể tận dụng lợi thế của gió có thể thay đổi về hướng.

Nhìn chung, tuabin gió trục ngang được coi là hiệu quả hơn và có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn. Trong khi mô hình dọc tạo ra ít điện hơn, nó có thể được đặt ở độ cao thấp hơn và cần ít hơn theo cách của các thành phần (đặc biệt là cơ chế ngáp). Tua bin gió cũng có thể được chia thành ba nhóm chung dựa trên thiết kế của chúng, bao gồm các mô hình Towered, Savonius và Darrieus.

Mô hình tháp là hình thức HAWT thông thường nhất, bao gồm một tòa tháp (như tên gọi sẽ gợi ý) và một loạt các lưỡi kiếm dài ngồi trước (và song song với) tòa tháp. Savonis là một mô hình VAWT dựa trên các lưỡi dao có đường viền (muỗng) để thu gió và quay. Chúng thường có hiệu quả thấp, nhưng có lợi ích là tự khởi động. Những loại tuabin này thường là một phần của hoạt động gió trên mái nhà hoặc gắn trên tàu biển.

Mô hình Darrieus, còn được gọi là tuabin của Egg Eggbeater, được đặt theo tên của nhà phát minh người Pháp, người tiên phong trong thiết kế - Georges Darrieus. Mô hình VAWT này sử dụng một loạt các lưỡi dọc nằm song song với giá đỡ dọc. Chúng thường có hiệu suất thấp, yêu cầu một cánh quạt bổ sung để bắt đầu quay, tạo ra mô-men xoắn cao và đặt ứng suất cao lên tháp. Do đó, chúng được coi là không đáng tin cậy như thiết kế đi.

Lịch sử phát triển:

Năng lượng gió đã được sử dụng trong hàng ngàn năm để đẩy buồm, cối xay gió hoặc tạo áp lực cho máy bơm nước. Các ví dụ sớm nhất được biết đến từ Trung Á, nơi các cối xay gió được sử dụng ở Ba Tư cổ đại (Iran) đã có niên đại từ 500 - 900 CE. Công nghệ bắt đầu xuất hiện ở châu Âu trong thời trung cổ, và trở thành một tính năng phổ biến vào thế kỷ 16.

Đến thế kỷ 19, với sự phát triển của năng lượng điện, các tuabin gió đầu tiên có khả năng tạo ra điện đã được chế tạo. Chiếc đầu tiên được lắp đặt vào năm 1887 bởi James Blyth, học giả người Scotland để thắp sáng ngôi nhà nghỉ mát của mình ở Marykirk, Scotland. Năm 1888, nhà phát minh người Mỹ Charles F. Brush đã chế tạo tua-bin gió tự động đầu tiên để cung cấp năng lượng cho ngôi nhà của mình ở Cleveland, Ohio.

Đến đầu thế kỷ 20, tuabin gió bắt đầu trở thành một phương tiện phổ biến để cung cấp năng lượng cho các ngôi nhà ở vùng sâu vùng xa (như trang trại). Năm 1941, tuabin gió loại megawatt đầu tiên được lắp đặt ở Vermont và gắn với lưới điện tiện ích địa phương. Năm 1951, Vương quốc Anh đã lắp đặt tua-bin gió kết nối lưới tiện ích đầu tiên tại Quần đảo Orkney.

Đến thập niên 1970, nghiên cứu và phát triển công nghệ tuabin gió đã tiến bộ đáng kể nhờ cuộc khủng hoảng OPEC và các cuộc biểu tình chống lại năng lượng hạt nhân. Trong những thập kỷ tiếp theo, các hiệp hội và vận động hành lang dành riêng cho năng lượng thay thế bắt đầu xuất hiện ở các quốc gia Tây Âu và Hoa Kỳ. Vào thập kỷ cuối cùng của thế kỷ 20, những nỗ lực tương tự đã xuất hiện ở Ấn Độ và Trung Quốc do ô nhiễm không khí ngày càng tăng và nhu cầu năng lượng sạch ngày càng tăng.

Năng lượng gió:

So với các dạng năng lượng tái tạo khác, năng lượng gió được coi là rất đáng tin cậy và ổn định, vì gió là nhất quán từ năm này sang năm khác và không giảm trong giờ cao điểm của nhu cầu. Ban đầu, việc xây dựng các trang trại gió là một liên doanh tốn kém. Nhưng nhờ những cải tiến gần đây, năng lượng gió đã bắt đầu định giá cao nhất trong các thị trường năng lượng bán buôn trên toàn thế giới và cắt giảm doanh thu và lợi nhuận của ngành công nghiệp nhiên liệu hóa thạch.

Theo một báo cáo do Bộ Năng lượng ban hành vào tháng 3 năm 2015, sự tăng trưởng của năng lượng gió ở Hoa Kỳ có thể dẫn đến việc làm thậm chí có tay nghề cao hơn trong nhiều loại. Tầm nhìn gió có tiêu đề: Kỷ nguyên mới về năng lượng gió ở Hoa Kỳ, tài liệu chỉ ra rằng vào năm 2050, ngành công nghiệp này có thể chiếm tới 35% sản lượng điện của Hoa Kỳ.

Ngoài ra, vào năm 2014, Hội đồng Năng lượng gió toàn cầu và Greenpeace International đã cùng nhau xuất bản một báo cáo có tiêu đề Outlook Global Wind Energy Outlook 2014. Báo cáo này tuyên bố rằng trên toàn thế giới, năng lượng gió có thể cung cấp tới 25 đến 30% điện năng toàn cầu vào năm 2050. Tại thời điểm viết báo cáo, các cơ sở thương mại tại hơn 90 quốc gia có tổng công suất là 318 gigawatt (GW), cung cấp khoảng 3,1% nguồn cung toàn cầu.

Điều này thể hiện tỷ lệ chấp nhận tăng gần mười sáu lần kể từ năm 2000, khi năng lượng gió chiếm ít hơn 0,2%. Một cách khác để xem xét nó sẽ nói rằng thị phần của năng lượng gió đã tăng gấp đôi bốn lần trong vòng chưa đầy 15 năm. Điều này đặt nó chỉ đứng thứ hai sau năng lượng mặt trời, tăng gấp đôi bảy lần so với cùng kỳ, nhưng vẫn vượt qua thị phần chung của nó (khoảng 1% vào năm 2014).

Xét về những nhược điểm của nó, một vấn đề được đặt ra liên tục là hiệu ứng của tuabin gió đối với động vật hoang dã địa phương và sự xáo trộn của chúng đối với cảnh quan địa phương. Tuy nhiên, những lo ngại này thường được chứng minh là bị thổi phồng bởi các nhóm lợi ích đặc biệt và những người vận động hành lang tìm cách làm mất uy tín năng lượng gió và các nguồn năng lượng tái tạo khác.

Ví dụ, một nghiên cứu năm 2009 do Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia công bố đã xác định rằng ít hơn 1 mẫu Anh trên mỗi megawatt bị xáo trộn vĩnh viễn khi xây dựng các trang trại gió quy mô lớn và dưới 3,5 mẫu Anh mỗi megawatt bị xáo trộn tạm thời. Nghiên cứu tương tự đã kết luận rằng các tác động tương đối thấp đối với động vật hoang dã chim và dơi, và kết luận tương tự cũng đúng với các nền tảng ngoài khơi.

Trên toàn thế giới, chính phủ và cộng đồng địa phương đang tìm kiếm năng lượng gió để đáp ứng nhu cầu năng lượng của họ. Trong thời đại giá nhiên liệu tăng, mối lo ngại ngày càng tăng đối với Biến đổi khí hậu và cải thiện công nghệ, điều này hầu như không đáng ngạc nhiên. Với tốc độ áp dụng hiện tại, nó có khả năng là một trong những nguồn năng lượng lớn nhất vào giữa thế kỷ.

Và hãy chắc chắn thưởng thức video này về tua-bin gió, với sự giúp đỡ của Trung tâm nghiên cứu NASA Lewis Lewis:

Chúng tôi đã viết nhiều bài viết thú vị về tuabin gió và năng lượng gió ở đây tại Tạp chí Vũ trụ. Ở đây, thế nào là năng lượng thay thế?, Nhiên liệu hóa thạch là gì?, Các loại năng lượng tái tạo khác nhau là gì?, Năng lượng gió trên đại dương (với sự trợ giúp từ không gian) và thế giới có thể chạy bằng năng lượng mặt trời và năng lượng gió không?

Để biết thêm thông tin, hãy xem bài viết Cách thức hoạt động của Stuff Stuff về lịch sử và cơ học của năng lượng gió và trang Greenspace của NASA.

Astronomy Cast cũng có một số tập có liên quan đến chủ đề này. Tại đây Tập 51: Trái đất và Tập 308: Biến đổi khí hậu.

Nguồn: