[A-Z] Điện gió và tuabin gió: Những kiến thức bạn cần biết

549

Trải qua vài năm gần đây, không khó để nhận ra các dãy tuabin gió khổng lồ nằm ngang bờ biển. Đây chính là các thiết bị chuyên dụng nhằm sản xuất điện từ năng lượng gió, một nguồn năng lượng tái tạo, sạch đã được áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới.

Hôm nay, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu kỹ lưỡng về điện gió là gì, liệu rằng có thể cài đặt hệ thống điện gió cho nhà ở hay không và nó tốn kém ra sao. Mời các bạn theo dõi trong bài viết dưới đây.

Khái niệm về điện gió

Điện gió là thuật ngữ chỉ dòng điện thu được từ năng lượng gió thông qua sử dụng tuabin gió để chuyển hóa năng lượng động của gió thành điện năng. Điện gió đồng thời còn là một phương pháp tái tạo năng lượng hiệu quả, an toàn và không góp phần ô nhiễm môi trường, trở thành yếu tố quan trọng trong việc chuyển hướng sang năng lượng sạch ở nhiều quốc gia.

• Điện gió đất liền: Loại hình điện này sinh ra từ việc khai thác gió tại các trang trại gió trên mặt đất. Việc này yêu cầu việc thiết lập các tua-bin gió có khả năng chuyển đổi năng lượng động của gió thành điện năng, sau đó gửi vào lưới điện.
• Điện gió hải dương: Nguồn năng lượng này thu được từ gió biển, nơi gió thổi mạnh và ổn định hơn so với đất liền do không có các chướng ngại vật. Các tua-bin gió ngoài khơi thường to lớn, lắp đặt trên cột cố định dưới đáy biển và đi kèm với những tính năng kỹ thuật tiên tiến nhất.

Giới thiệu máy phát điện gió

Máy phát điện gió hay còn được gọi tuabin gió, là thiết bị to lớn chuyên biến đổi động năng của gió thành cơ năng và chuyển cơ năng đó thành điện năng, đáp ứng nhu cầu điện năng trong sinh hoạt. Chúng thường được thiết kế với cánh quạt để hứng gió một cách hiệu quả, tối ưu hóa việc chuyển đổi năng lượng.

Bộ phận cấu thành tuabin gió

Tuabin gió được cấu tạo và định vị theo hướng gió để tận dụng lực gió tối đa, qua đó kích hoạt ba phần chính của tuabin gió:

• Rôto: Gồm ba cánh và một ống lót kết nối, rôto thu gió và chuyển lực gió thành năng lượng quay cơ học.
• Bộ phận nhân: Kết nối với động cơ thông qua một trục, chức năng của nó là làm tăng tốc độ quay từ 30 vòng/phút lên đến 1500 vòng/phút.
• Động cơ phát điện: Đây là thành phần chuyển đổi năng lượng cơ học từ quá trình quay thành điện năng.

Xem thêm thông tin Tìm hiểu về tấm pin năng lượng mặt trời [Nghiên cứu điển hình] Hướng dẫn kiểm tra tua bin gió Đặt mua thiết bị kiểm tra tua bin gió

Các loại máy phát điện dựa trên gió 

• Tuabin gió có trục quay ngang

Tuabin gió vận hành với trục quay song song với hướng của dòng không khí được gọi là tuabin gió trục ngang, hay còn được biết đến với tên gọi HAWT (Horizontal-Axis Wind Turbine). Đây là dạng tuabin được ưa chuộng và phổ biến nhất toàn cầu bởi hiệu quả nhất trong việc sản xuất điện năng cho mục đích kinh doanh ở nhiều quốc gia.

Tuabin gió HAWT có tính năng chuyển đổi năng lượng thành điện năng một cách hiệu quả với hệ số công suất cao. Tuy nhiên, chi phí và độ phức tạp của thiết kế HAWT cao do cần sử dụng hộp số và máy phát điện được lắp đặt ở phần đỉnh của tháp, không kể đến trọng lượng của nó cũng rất lớn.

Thành phần chính của tuabin gió trục ngang bao gồm cánh tuabin, trục, hộp số, máy phát điện, tháp, vỏ bọc, cùng hệ thống điều khiển giúp tuabin định hướng theo hướng gió.

• Tuabin gió có trục quay đứng

Tuabin gió mà trục quay vuông góc với hướng dòng không khí là tuabin gió có trục quay đứng, hay VAWT (Vertical-Axis Wind Turbine).

Với khả năng thu nhận gió từ mọi phía, tuabin gió trục đứng có lợi thế không cần cơ cấu định hướng lệch trục để theo gió.

Thiết lập tuabin gió trục đứng ít tốn kém và ít phức tạp hơn do hộp số và máy phát điện được lắp đặt ở vị trí dưới cùng của tháp, giúp việc lắp đặt dễ dàng hơn so với tuabin gió trục ngang.

Tuy có hệ số công suất không cao và không thể tự khởi động (cần cơ cấu khởi động), tuabin gió trục đứng vẫn đóng vai trò trong ngành năng lượng tái tạo. Các thành phần chính của tuabin gió trục đứng gồm tháp kiêm trục rôto, cánh rôto, và cấu trúc hỗ trợ.

Bảng so sánh giữa tuabin gió trục ngang và trục đứng

Tuabin gió có trục ngang	Tuabin gió có trục đứng
Trục quay so với hướng gió	Trục quay tuabin song song với gió	Trục quay vuông góc với gió
Vị trí máy phát điện	Lắp đặt ở trên đỉnh tháp	Lắp đặt tại mặt đất
Chỗ đặt hộp số	Lắp đặt ở đỉnh tháp	Lắp đặt dưới cùng của tuabin
Hệ thống định hướng	Cần hệ thống lệch trục để theo hướng gió	Không cần hệ thống định hướng gió
Khởi động	Có thể tự khởi động	Yêu cầu bộ phận khởi động
Giản đồ thiết kế và lắp đặt	Phức tạp trong thiết kế và lắp đặt	Đơn giản trong việc thiết kế và lắp đặt
Khoảng không gian làm việc	Cần không gian lớn cho hoạt độn
Yêu cầu diện tích lớn	Cần diện tích nhỏ hơn cho quá trình hoạt động và lắp ráp
Tùy thuộc vào hướng gió	Cài đặt cần phải cân nhắc hướng gió	Hoạt động độc lập với hướng gió, nhận gió từ mọi phía
Độ cao hoạt động	Đòi hỏi độ cao lớn để có thể thiết kế	Độ cao không cần thiết quá lớn cho việc cài đặt
Coefficient công suất	Sở hữu hệ số công suất khá cao	Sản phẩm này có hệ số công suất ở mức thấp
Tiếng ồn	Phát ra tiếng ồn lớn, va chỉ tiếng	Phát ra ít tiếng ồn hơn khi vận hành

Áp dụng điện gió vào việc sử dụng trong gia đình

Mức công suất thông dụng của máy phát điện gió cho các hộ gia đình

Được xem là nguồn năng lượng tái tạo không gây hại môi trường và có khả năng tự sản sinh điện liên tục qua ngày đêm với điều kiện thuận lợi, nên ngày nay, nhiều gia đình đã quyết định đầu tư và cài đặt máy phát điện gió để tự cấp điện cho sinh hoạt hàng ngày, từ đó giảm bớt chi phí tiền điện hàng tháng

Tuy vậy, việc lắp đặt hệ thống điện gió cho gia đình có thể gặp phải những vấn đề như vị trí không lý tưởng, gặp khó khăn trong việc tiếp nhận gió do chướng ngại từ các công trình lân cận, làm giảm hiệu suất so với lý thuyết. Đây là một trong số những nguyên nhân khiến những hệ thống điện gió không được ưa chuộng bằng điện mặt trời ở Việt Nam

Dẫu sao, nếu bạn sinh sống ở những khu vực thường xuyên có gió như đồng bằng ven biển, các sườn núi hay đơn giản là nơi có luồng gió ổn định, thì hệ thống điện gió có tiềm năng phát huy hiệu quả tối đa. Dưới đây là một số mức công suất phổ biến của máy phát điện gió thường được lắp đặt ở các hộ gia đình

• Máy phát gió đứng với công suất 5kW

Công suất 5kW được coi là dạng máy thông dụng và thường được chọn lựa nhiều nhất do khả năng cung cấp điện đáp ứng đủ cho các nhu cầu hàng ngày của hộ gia đình

Đáng lưu ý là máy phát gió với công suất 5kW nặng tới 400kg và có đường kính cánh lớn tới 5.2m. Vậy nên, để máy có thể hoạt động hiệu quả ở công suất này, cần thiết phải lắp đặt trên cột có chiều cao ít nhất là 8m, hoặc cao hơn nếu có thể

Chi phí để đầu tư vào khoảng: 120.000.000 vnđ ~ 140.000.000 vnđ

• Máy phát điện gió cỡ nhỏ 1kW

Sau mức 5kW, máy phát gió với công suất 1kW cũng khá được ưa thích, thường được biết đến như là máy phát gió đồ chơi. Chúng thường chỉ đủ sức cung cấp điện cho các thiết bị tiêu thụ điện nhỏ như đèn, quạt, đảm bảo cơ bản cho sinh hoạt khi mất điện hoặc vào thời gian sử dụng ít điện về đêm

Các tuabin gió mini này thường được dùng phối hợp cùng điện mặt trời nhằm tạo nên giải pháp cung cấp điện toàn diện hơn. Một nhược điểm của các dòng máy mini là khả năng chịu đựng gió yếu, nghĩa là chúng hoạt động ổn định trong điều kiện gió nhẹ nhàng tại khu vực đô thị; nhưng với luồng gió mạnh ở vùng núi cao, ở nơi có bão, tuabin có thể bị hỏng và cần được tháo ra khi gió quá mạnh để bảo vệ an toàn

Chi phí đầu tư cho khoảng: 30.000.000 vnđ ~ 35.000.000 vnđ

• Máy phát gió 3kW

Giống như các máy phát với công suất 1kW, máy 3kW cũng thích hợp cho việc cung cấp điện cho những mục đích sử dụng nhỏ lẻ như đèn, quạt, sạc điện thoại… và cũng nên được sử dụng kết hợp với các nguồn điện khác như điện lưới, điện mặt trời để đạt hiệu quả cấp điện tối ưu nhất cho gia đình

Các máy phát điện gió mini cỡ 3kW bắt đầu xuất hiện ra các tiếng ồn có thể gây ra ảnh hưởng đến

Ở những nơi dân cư trầm lặng, việc lắp đặt máy phát điện gió nặng khoảng 250kg đòi hỏi phải có cấu trúc đỡ vững chãi

Chi phí lắp đặt cho hệ thống công suất 3kW giao động trong khoảng từ 40 triệu đồng đến 50 triệu đồng

• Máy phát điện gió công suất 10kW

Mô hình máy phát điện gió này có kích cỡ lớn và trọng lượng cả cột và cánh lên đến 400kg, yêu cầu công trình đỡ cần được thiết kế cực kỳ chắc chắn

Với cánh quạt điện gió 10kW, bạn có thể cung cấp điện cho nhiều thiết bị gia đình như đèn, máy lạnh và những việc nấu ăn… Bên cạnh đó, bạn còn có thể kết nối vào lưới điện chung để phân phối năng lượng dôi ra, từ đó mang lại thu nhập thêm cho gia đình bạn

Lắp đặt hệ thống này có chi phí rơi vào khoảng từ 100 triệu đồng đến 200 triệu đồng

Như vậy, Kỹ Thuật Đo đã tổng hợp thông tin về các loại máy phát điện gió và các ứng dụng của chúng tùy thuộc vào điều kiện cụ thể, mong rằng sẽ giúp bạn mở rộng kiến thức khi quyết định đầu tư lắp đặt chúng

Quy trình sản xuất điện gió

Điện từ gió được sản xuất thông qua việc chuyển hóa động năng của khí quyển đang chuyển động thành điện năng. Các tuabin gió hiện đại hoạt động khi gió quay cánh, biến đổi động năng thành năng lượng quay. Sau đó, trục truyền năng lượng quay xuống máy phát điện, chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện

Chi phí đầu tư cho việc lắp đặt điện gió

Chi phí cho việc đầu tư máy phát điện gió phụ thuộc vào lượng điện bạn muốn sản xuất và nơi sản xuất thiết bị

Một ví dụ cụ thể là dự án điện gió Hòa Bình 5 được triển khai với công suất 80MW và mức đầu tư khoảng 3.700 tỷ đồng theo Hacom holding. Những dự án có quy mô lớn thường đòi hỏi mức đầu tư cao hơn

Đối với việc lắp đặt cho hộ gia đình, phần trước của bài viết đã nêu chi phí lắp đặt chi tiết. Chi phí ước tính khoảng từ 30 triệu đồng đến 200 triệu đồng tùy thuộc vào công suất của hệ thống được lắp đặt

Các dự án điện gió quy mô lớn tại Việt Nam

Điện gió Đầm Nại

Điện gió Đầm Nại với tổng công suất 40 MW, bao gồm 16 tuabin và hàng năm phát khoảng 110 triệu kWh vào lưới quốc gia. Các tuabin được thiết lập trên khu vực rộng 9,6 ha tại khu đất bốn giác của xã Bắc Sơn, Bắc Phong (Thuận Bắc) và xã Tân Hải, Phương Hải (Ninh Hải).

Dự án dự kiến bắt đầu hoạt động từ năm 2018, với tổng số 16 tuabin đều được đưa vào vận hành. Sản phẩm tuabin do công ty Gamesa sản xuất, mỗi tuabin có công suất 2,6 MW, bán kính cánh quạt 114 m, hiện là tuabin gió lớn nhất Việt Nam

Điện gió Hòa Bình 1

Dự án ở Huyện Hòa Bình, tỉnh Bạc Liêu, có công suất thiết kế là 50MW với 13 tuabin của hãng Vestas Đan Mạch, mỗi tuabin có công suất từ 3,8MW đến 4,0MW, cùng với nhà điều hành và hệ thống trạm biến áp đồng bộ hoàn chỉnh.

Tổng mức đầu tư cho dự án này là 2.850 tỷ đồng, đánh dấu nó thành một trong những dự án điện gió lớn nhất tại Việt Nam

Điện gió Bạ Tri

Nhà máy điện gió V1-3 Bến Tre được khởi công vào tháng 4/2020,

Được viết bởi ss22