Nhà máy điện gió: chủng loại, kiểu dáng, ưu điểm

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Năng lượng gió không còn là một nhánh cung cấp năng lượng mới, tuy nhiên, trong điều kiện hiện nay, nó ngày càng trở thành đặc điểm rõ nét của một hướng phát triển đầy hứa hẹn. Vẫn còn khó khăn để nói về các khái niệm chung cho việc triển khai kỹ thuật của máy phát điện gió, nhưng tiến bộ trong việc sử dụng các giải pháp kỹ thuật riêng lẻ cho thấy rằng một mô hình cấu trúc thống nhất duy nhất sẽ xuất hiện trong tương lai gần. Đồng thời, một số loại tuabin gió được sử dụng trên thế giới, mỗi loại đều có thế mạnh riêng.

Nguyên lý hoạt động chung của tuabin gió

Giống như hầu hết các nguồn năng lượng thay thế hiện đại, tuabin gió hoạt động do lực tác động là kết quả của một quá trình tự nhiên. Chúng ta đang nói về các luồng gió do hệ thống sưởi không đồng đềubề mặt trái đất bởi mặt trời. Hầu hết tất cả các tuabin gió đều hoạt động theo nguyên tắc sau: các luồng không khí quay bánh xe trên một trục đặc biệt có các cánh quạt, do đó truyền mô-men xoắn đến máy phát điện hoặc bộ pin. Trong điều kiện ổn định và đủ lực chuyển động của không khí, cối xay gió để tạo ra điện có thể cung cấp hiệu suất từ 45-50%. Chính sự thay đổi của gió và sức mạnh của nó sẽ quyết định nhiều loại thiết kế của tuabin gió, cũng được tính toán dựa trên các điều kiện khí hậu sử dụng cụ thể.

Ưu điểm chính của tuabin gió là gì?

Đánh giá hiệu quả của tuabin gió có thể so sánh với các nguồn năng lượng truyền thống và dựa trên nền tảng của các máy phát điện chạy bằng các nguồn tài nguyên miễn phí có thể tái tạo. Những ưu điểm rõ rệt nhất của các hệ thống như vậy, mang lại hy vọng cho sự phát triển thành công của chúng trong tương lai, là các yếu tố sau:

• Bản thân năng lượng gió không chỉ có khả năng tái tạo mà còn có thể tích lũy và xử lý.
• Lợi ích kinh tế. Chưa thể đánh giá rõ ràng về các chỉ số kinh tế cụ thể do có nhiều hệ thống hoạt động với hiệu suất khác nhau. Nhưng chúng ta có thể nói về những kết quả nổi bật được chứng minh bởi các dự án riêng lẻ. Ví dụ, một kilowatt điện từ một cối xay gió lớn ngoài khơi có giá bao nhiêu? Chúng tôi có thể nói về phạm vi 2-12 rúp. cho 1 kWh.
• Thân thiện với môi. Hoạt động của tuabin gió không gây hạikhí thải gây ô nhiễm không khí.
• Nhỏ gọn. Việc lắp đặt một tuabin gió, ngay cả ở dạng công nghiệp, không thể so sánh với các trạm phát điện truyền thống. Điều này phần lớn là do sự tự chủ và độc lập của các hệ thống như vậy khỏi các liên lạc và tài nguyên phụ trợ.

Máy phát trục ngang

Sơ đồ thiết kế của những chiếc cối xay gió như vậy cung cấp sự hiện diện của máy phát điện, hộp số, cánh quạt và tháp có khung. Cấu hình của các cánh được thực hiện theo cách mà không khí chảy vào phễu, tạo ra mômen xoắn. Một điều kiện quan trọng để vận hành các cối xay gió như vậy để tạo ra điện là khả năng thích ứng với các đặc điểm chuyển động của các dòng chảy (hướng và cường độ). Vì vậy, các cấu trúc được cung cấp các cơ chế để quay và nghiêng các cánh quạt so với bề mặt trái đất. Trong các mô hình tiên tiến nhất, bộ điều khiển với điều khiển tự động cũng được sử dụng. Đối với việc thực hiện bánh xe gió, cấu hình ba cánh thường được sử dụng nhiều hơn trong các sơ đồ ngang. Hơn nữa, để tăng hiệu suất của máy phát điện, các kỹ sư có xu hướng tăng kích thước của bộ phận tiếp nhận chức năng, ví dụ, điều này giải thích xu hướng chuyển đổi hiện nay từ nhựa và kim loại nhẹ sang các phần tử phức hợp đắt tiền trong sản xuất cấu trúc.

Máy phát điện trục đứng

Máy phát điện như vậy có lợi thế đáng kể so với cấu trúc nằm ngang,trong đó bao gồm trường hợp không cần thêm các phương tiện giám sát và kiểm soát việc lắp đặt. Tức là trong quá trình hoạt động, cối xay gió có trục thẳng đứng không điều chỉnh theo hướng nào đối với chuyển động của các dòng chảy. Tính năng tương tác với các khối không khí này đồng thời làm giảm điện áp trong các cánh của máy phát điện gió và giảm tải con quay. Máy phát có hộp số, tạo thành động cơ của nhà máy, có thể được đặt ở chân tháp kết cấu mà không có nguy cơ hư hỏng hoặc hỏng hóc. Nhưng tại sao, với những ưu điểm đã mô tả, việc lắp đặt theo phương thẳng đứng không thay thế hoàn toàn các cối xay gió nằm ngang? Thật không may, những mô hình này cũng có những nhược điểm đáng kể. Do bánh xe gió không được dẫn hướng bởi các luồng gió và luôn hoạt động trong một phạm vi thu năng lượng hẹp, nên hiệu suất của máy phát điện bị giảm một cách hợp lý. Do đó, để duy trì đủ năng lượng của cối xay gió thẳng đứng, cần phải sử dụng hàng loạt chúng ở những khu vực rộng lớn, điều này không phải lúc nào cũng có thể thực hiện được.

Thiết kế dựa trên rôto Darrieus

Máy phát điện tuabin gió với cánh quạt thẳng đứng dựa trên thiết kế rôto của Savonius hoặc Darrieus. Nhưng nhóm này cũng có những biến thể riêng và những cải biến hiện đại. Sự phát triển gần đây hứa hẹn nhất là tuabin xoắn ốc Gorlov, được tạo ra vào năm 2001. Nó là một loại tiếp nối của khái niệm rôto Darrieus, nhưng ở dạng tối ưu hơn. Các cánh dọc xoắn ốc cho phép tạo ra năng lượng từ dòng nước và không khí với hoạt động tối thiểu. Ngày nay những máy phát điện nàyđược sử dụng cả trong các trang trại gió chuyên dụng và là một phần của các nhà máy thủy điện.

Máy phát điện gió có bộ khuếch đại thông lượng

Ngoài ra, theo một cách nào đó, là sự tiếp nối của thiết kế cổ điển của cối xay gió, nhưng được điều chỉnh cho phù hợp với các điều kiện vận hành công nghệ cao hiện tại. Các sửa đổi với bộ khuếch đại dòng chảy được phân biệt bởi sự hiện diện của một hoặc nhiều máng xối, được thiết kế để tập trung luồng không khí. Các phần tử hình nón khí động học dưới dạng các rãnh nước giống nhau thu thập các dòng chảy trên một khu vực rộng lớn, định hướng chúng về một điểm và do đó làm tăng tốc độ của hệ thống cánh quạt. Khó khăn khi sử dụng tuabin gió với bộ khuếch đại thông lượng là chúng yêu cầu sử dụng một nhóm nguyên tố bổ sung. Hơn nữa, có thể đạt được sự gia tăng đáng kể về năng suất trong các hệ thống như vậy chỉ bằng cách kết nối các nguồn năng lượng phụ trợ, điều này không phải lúc nào cũng hợp lý về mặt kinh tế.

Tua bin gió không hộp số

Phù hợp với ý tưởng tối ưu hóa kết cấu, một biến thể của nhà máy điện gió không có hộp số cũng đã xuất hiện. Thay vào đó, một kênh hình khuyên được sử dụng, được cung cấp với một thanh kim loại bên trong. Vòng này được lắp xung quanh vành rôto. Một nhóm nam châm cũng được đặt ở đây, chúng tương tác với một thanh kim loại, do đó góp phần tạo ra dòng điện. Hiệu suất của tuabin gió không có hộp giảm tốc có đường kính cánh quạt khoảng 200 cm có thể đạt 1500 kWhtrong năm. Ưu điểm chính của thiết kế này là giảm tổn thất năng lượng xảy ra tự nhiên trong hoạt động của máy phát điện được cung cấp với hộp số. Nhưng bạn phải trả giá cho lợi thế này với giới hạn tốc độ. Để thiết bị đi vào quy trình làm việc tối ưu, cần phải có vận tốc dòng chảy ít nhất là 2 m / s.

Tính năng của tuabin gió công nghiệp

Cối xay gió công nghiệp có hai điểm khác biệt cơ bản - kích thước lớn và sản lượng điện cao. Cả ưu điểm và nhược điểm của các trạm kiểu này đều xuất phát từ những đặc điểm này. Về kết cấu, đủ để nói rằng chiều cao của cối xay gió công nghiệp hiện đại có thể đạt 150-200 m, và sải cánh có thể hơn 100 m. Công suất cao cũng đòi hỏi sự phức tạp của cơ sở hạ tầng chức năng. Vì vậy, để kiểm soát quá trình chuyển đổi năng lượng, bộ điều khiển máy phát điện gió được sử dụng, đảm bảo rằng mức sạc hiện tại của bộ pin được tính đến. Ngoài ra, việc bổ sung điện của các hệ thống lắp đặt như vậy bao gồm bộ biến tần và hệ thống bảo vệ ngắn mạch.

Tính năng của tuabin gió gia dụng

Cối xay gió đơn giản nhất không chỉ sử dụng được ở nhà mà còn có thể tự tay lắp ráp. Theo quy định, đây là những lắp đặt có kích thước nhỏ, chiều cao không quá 10 m, có khả năng hoạt động với công suất từ 0,5-5 kW. Là một nguồn năng lượng thụ động cho các thiết bị gia dụnghoặc các nhóm thiết bị điện riêng lẻ, tùy chọn này tự xác minh. Tuy nhiên, ngày nay các tuabin gió nhỏ gọn được các công ty lớn sử dụng với số lượng lớn để cung cấp năng lượng cho các cơ sở sản xuất. Trên cơ sở các trang trại cối xay gió mini, các hệ thống đủ năng suất và đáng tin cậy được hình thành để có thể cạnh tranh với các máy phát điện đơn công suất lớn.

Tính năng của tuabin gió ngoài khơi

Sự phổ biến của loại cối xay gió này là do một số ưu điểm so với các trạm nằm trên đất liền. Điều này chủ yếu là về điều kiện làm việc ổn định hơn, vì các luồng gió không bị cản trở ra khỏi đường bờ biển. Đồng thời, các cấu trúc của tuabin gió ngoài khơi được chia thành hai nhóm - hỗ trợ và nổi. Đầu tiên được lắp đặt ở vùng nước nông với giá đỡ cổ điển nằm trong lòng đất dưới nước. Các trạm nổi, tương ứng, có bệ nổi riêng được cố định bằng neo và các thiết bị hàng hải khác.

Kết hợp cấu trúc tuabin gió với khung tòa nhà

Ngoài ra còn có một nhóm cối xay gió rất hứa hẹn được tích hợp vào thân các tòa nhà cao tầng theo đúng nghĩa đen. Giải pháp này có hai ưu điểm - điều kiện thuận lợi cho việc “tiếp nhận” các dòng chảy và giảm đường phân phối điện, vì nguồn cung cấp cuối cùng thường là người tiêu dùng bên trong tòa nhà. Hiện tại, việc tích hợp các tuabin gió kiểu này thường được thực hiện hơn bằng cách sử dụngcác hình trụ khí động học đặc biệt được gắn trên nóc các tòa nhà chọc trời. Khái niệm về cánh quạt mini cũng đang được phát triển, có thể được đặt ở bất kỳ phần nào của công trường xây dựng cao. Các thiết bị được tích hợp vào tường theo đúng nghĩa đen, sau đó chúng được kết nối với hệ thống cung cấp điện chung, tạo ra một lượng năng lượng nhỏ nhưng ổn định.

Kết

Trong những năm gần đây, sự quan tâm đến tuabin gió đã tăng lên đáng kể ở Nga. Các trạm lớn có công suất đến 30-50 MW được đưa vào vận hành định kỳ ở các vùng khác nhau. Đối với đất nước chúng tôi, cối xay gió đặc biệt hữu ích vì chúng cho phép chúng tôi cung cấp năng lượng cho các vùng xa xôi, nơi mà hiện tại không có khả năng tổ chức các phương tiện cung cấp năng lượng khác. Phân khúc các nhà máy điện gió nhỏ cũng đang phát triển tích cực. Ở Nga, các hệ thống điện riêng lẻ có công suất 1-5 kW đã trở nên rất phổ biến. Đồng thời, các nhà phát triển cũng không từ chối việc kết hợp nguyên lý hoạt động của cối xay gió với động cơ đốt trong. Đặc biệt, những thành công theo hướng này được thể hiện qua các thiết kế động cơ diesel-gió. Vẫn còn khó khăn để nói nhu cầu về năng lượng gió ở Nga trong những thập kỷ tới, vì vị trí của các nguồn năng lượng truyền thống vẫn còn mạnh mẽ. Nhưng xu hướng chuyển đổi sang năng lượng thay thế trên khắp thế giới có thể sẽ thúc đẩy ngành công nghiệp Nga tích cực khám phá những lĩnh vực như vậy.