Liệu tuabin gió quay càng nhanh thì càng tạo ra nhiều điện năng hơn?

Nói một cách đơn giản, tuabin gió không tạo ra nhiều điện hơn khi quay nhanh hơn. Nó có một phạm vi tốc độ tối ưu, vượt quá phạm vi đó nó có thể ngừng tạo ra điện hoặc giảm hiệu suất.

Dưới đây là lời giải thích chi tiết dành cho bạn:

1. Trước tốc độ gió định mức: tốc độ càng nhanh, càng nhiều (trong một phạm vi nhất định)

Khi tốc độ gió tăng từ 0, các cánh quạt của máy phát điện bắt đầu quay, và tốc độ càng nhanh (tốc độ đầu cánh), công suất phát điện càng cao. Quá trình này phù hợp với trực giác của chúng ta.

2. Sau khi đạt tốc độ gió định mức: công suất không đổi, không tăng thêm nữa.

Đây là điểm quan trọng nhất. Mỗi tuabin gió đều có công suất định mức thiết kế (ví dụ như 2 megawatt) và tốc độ gió định mức (thường khoảng 12-15 mét mỗi giây).

Khi tốc độ gió đạt tốc độ gió định mức, hệ thống điều khiển sẽ chủ động giới hạn tốc độ quay của cánh quạt và năng lượng gió thu được bằng cách điều chỉnh góc nghiêng (góc lật) của cánh quạt và các phương pháp khác, nhằm ổn định sản lượng điện ở mức định mức và không tăng thêm nữa.

Tại sao bạn lại làm vậy? Để bảo vệ các bộ phận quan trọng như máy phát điện và hộp số khỏi lực cơ học quá mức và năng lượng điện bị "cháy" mất. Gia tốc không kiểm soát có thể gây hư hại nghiêm trọng cho thiết bị.

3. Vượt quá tốc độ gió giới hạn: tắt máy an toàn, ngừng phát điện.

Khi tốc độ gió quá cao và đạt đến tốc độ gió giới hạn (thường khoảng 25 mét/giây, tương đương với gió giật cấp 10), để ngăn chặn tải trọng gió cực lớn gây hư hại cho kết cấu, hệ thống điều khiển sẽ làm cho các cánh quạt nghiêng hoàn toàn (song song với hướng gió như cánh máy bay), khiến quạt ngừng quay và hãm tốc, đồng thời sản lượng điện sẽ bằng không.

Phụ lục chính: Hiệu suất và "Tỷ số tốc độ đầu cánh"

Mục tiêu của việc phát điện bằng năng lượng gió là tối ưu hóa hiệu suất khí động học, chứ không chỉ đơn thuần là tốc độ cao. Hiệu suất này được đo bằng một thông số gọi là "tỷ số tốc độ đầu cánh" (tỷ số giữa vận tốc đầu cánh và tốc độ gió). Mỗi thiết kế cánh quạt đều có một giá trị tỷ số tốc độ đầu cánh tối ưu, và hệ thống điều khiển sẽ cố gắng vận hành tuabin gió ở điểm tối ưu này để đảm bảo chuyển đổi tối đa năng lượng gió thành năng lượng cơ học.

Nếu tốc độ quá nhanh, ngoài các vấn đề về an toàn thiết bị, nó còn có thể dẫn đến giảm hiệu suất do tăng nhi turbulence và lực cản.

Hình ảnh ẩn dụ

Bạn có thể hình dung tuabin gió như một chiếc ô tô có hệ thống điều khiển hành trình thông minh:

Giai đoạn khởi đầu (gió nhẹ): Ga càng lớn (gió càng mạnh), tốc độ xe càng nhanh (vòng tua máy càng cao), và càng có nhiều quãng đường (công suất phát điện) để vận hành tự nhiên.

Khi di chuyển trên đường cao tốc (tốc độ gió định mức): Ngay cả khi bạn nhấn ga mạnh, tốc độ sẽ bị giới hạn ở mức 120 km/giờ (công suất định mức) bởi hệ thống điện tử để bảo vệ động cơ và tuân thủ các quy định an toàn.

Thời tiết khắc nghiệt (bão): Hệ thống thời tiết sẽ buộc bạn phải tấp vào lề (không thể đỗ xe) và chờ thời tiết cải thiện trước khi tiếp tục lái xe.

Tóm lại:
Công suất phát điện của tuabin gió tăng theo tốc độ gió cho đến khi đạt công suất định mức. Sau đó, tốc độ và công suất sẽ được điều khiển chủ động để bảo vệ an toàn thiết bị và duy trì sản lượng ổn định và hiệu quả. Do đó, "nhanh hơn, nhiều hơn" chỉ áp dụng được ở tốc độ gió thấp, trong khi sự ổn định và an toàn được ưu tiên ở tốc độ gió cao.