Tuabin gió hãm phanh như thế nào?

Hệ thống phanh của tuabin gió là một dự án kỹ thuật phức tạp và chính xác, không chỉ đơn thuần là một "miếng phanh" mà là một hệ thống an toàn đa cấp, phối hợp chặt chẽ.

Mục tiêu cốt lõi là dừng hoặc giảm tốc độ của cánh quạt lớn một cách an toàn và có kiểm soát khi cần thiết.

Khi cần thiết, "thường bao gồm các tình huống sau:

Tốc độ gió quá cao (thường vượt quá 25 mét mỗi giây): Để ngăn quạt quay quá nhanh và gây hư hại cấu trúc.

Sự cố lưới điện hoặc mất điện: cần phải tắt máy một cách an toàn.

Bảo trì hoặc đại tu hàng ngày: Cung cấp môi trường làm việc an toàn cho kỹ thuật viên.

Tình huống khẩn cấp: Nếu cảm biến phát hiện sự cố nghiêm trọng (rung động quá mức, hộp số quá nóng, v.v.).

Các tuabin gió quy mô lớn hiện đại chủ yếu sử dụng ba phương pháp hãm sau để hoạt động cùng nhau:

1. Hệ thống phanh khí nén - các phương pháp sơ cấp và chính
Đây là phương pháp hãm phanh được sử dụng phổ biến nhất và cũng là phương pháp cốt lõi, đạt được bằng cách thay đổi đặc tính khí động học của các cánh quạt.

Nguyên lý: Đầu mỗi lưỡi mái chèo có thể xoay một góc nhất định (thường là 90 độ) quanh trục của nó. Hành động này được gọi là "chèo mái chèo".

Quá trình:

Trong điều kiện bình thường, các cánh quạt hướng về phía gió ở góc tối ưu (góc tấn công), thu năng lượng gió một cách hiệu quả.

Khi cần phanh, hệ thống điều khiển sẽ ra lệnh cho các cánh quạt quay, khiến mép trước của cánh quạt hướng về phía chiều gió hoặc mép cánh quạt hướng về phía chiều gió.

Theo cách này, các cánh quạt biến đổi từ những "cánh" hiệu quả thành những "tấm ván gỗ" có lực cản cao, với lực nâng giảm mạnh và lực cản tăng đáng kể, dẫn đến tốc độ giảm nhanh cho đến khi dừng hẳn.

Thuận lợi:

Không bị mài mòn cơ học: Vì nó tận dụng lực cản của không khí mà không cần ma sát tiếp xúc vật lý.

Đáng tin cậy: Ngay cả khi mất điện, pin vẫn có thể cung cấp nguồn điện dự phòng cho hệ thống cánh quạt.

Có thể điều chỉnh: Công suất có thể được điều chỉnh bằng cách nhấn nhẹ cần phanh hoặc nhấn hoàn toàn cần phanh để thực hiện phanh khẩn cấp.

2. Phanh cơ khí (phanh đĩa) - phanh phụ và phanh tay
Tương tự như phanh đĩa trên ô tô, nhưng thường không được sử dụng làm phương tiện giảm tốc chính.

Vị trí lắp đặt: Được lắp đặt trên trục tốc độ cao (sau đầu ra hộp số và trước máy phát điện), do trục này có tốc độ cao và mô-men xoắn thấp nên kích thước thiết bị phanh cần thiết có thể được làm nhỏ hơn.

Chức năng:

Dừng quạt: Sau khi phanh khí nén về cơ bản đã dừng cánh quạt (tốc độ giảm xuống mức cực thấp), kẹp phanh cơ khí sẽ kẹp chặt đĩa phanh, khóa chặt quạt để ngăn chặn sự quay chậm do gió nhẹ hoặc quán tính gây ra. Điều này rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho người vận hành.

Hệ thống dự phòng khẩn cấp: Trong những trường hợp cực đoan khi phanh khí nén bị hỏng hoàn toàn, nó sẽ đóng vai trò là rào cản an toàn cuối cùng.

Đặc điểm: Để tránh hao mòn quá mức và sinh nhiệt, thiết kế quạt hiện đại giảm thiểu tần suất phanh cơ học và thường chỉ sử dụng phanh sau khi hệ thống tắt hoàn toàn.

3. Phanh điện (phanh phát điện) - chế độ điều chỉnh phụ trợ
Việc phanh được thực hiện thông qua chính máy phát điện.

Nguyên lý: Khi máy phát điện được ngắt kết nối khỏi lưới điện, năng lượng của hệ thống quay có thể được tiêu thụ bằng cách sử dụng năng lượng điện trên điện trở hãm (chuyển đổi động năng thành nhiệt năng và tiêu tán nó), hoặc bằng cách điều khiển mô-men xoắn ngược của máy phát điện thông qua các thiết bị điện tử công suất để hỗ trợ giảm tốc.

Chức năng: Chủ yếu được sử dụng để điều chỉnh và hỗ trợ giảm tốc, đặc biệt là trong quá trình ngắt kết nối, kết hợp với phanh khí nén để đạt được sự dừng xe êm ái.

Quy trình làm việc phối hợp của hệ thống phanh (lấy ví dụ về việc tắt máy khi có gió mạnh):
Cảm biến tốc độ gió phát hiện khi tốc độ gió duy trì vượt quá tốc độ gió tối đa cho phép (ví dụ: 25m/s).

Hệ thống điều khiển trước tiên phát ra lệnh kích hoạt phanh khí nén: các cánh quạt bắt đầu nghiêng và tốc độ quay của cánh quạt giảm xuống.

Đồng thời, hệ thống phanh điện có thể được kích hoạt để giúp tiêu thụ năng lượng.

Khi tốc độ quay của cánh quạt giảm xuống gần bằng không (ví dụ: chỉ vài vòng/phút), phanh cơ khí sẽ được kích hoạt, kẹp chặt đĩa phanh để dừng hoàn toàn và khóa quạt.

Quạt chuyển sang trạng thái tắt an toàn.

Trường hợp đặc biệt: Phanh khi mất công suất
An toàn là yếu tố được ưu tiên hàng đầu. Quạt được trang bị bộ nguồn dự phòng (UPS) hoặc pin dự phòng. Ngay cả khi lưới điện bên ngoài bị ngắt hoàn toàn, nguồn điện dự phòng vẫn có thể cung cấp điện cho hệ thống điều khiển và hệ thống điều chỉnh góc cánh quạt, đảm bảo các cánh quạt có thể điều chỉnh góc và đạt được hiệu quả phanh khí động học. Đây là thiết kế an toàn khi xảy ra sự cố quan trọng nhất.

bản tóm tắt
Tóm lại, việc hãm phanh của tuabin gió là một "cú đấm phối hợp":

Lực chính: Phanh khí động học (làm nghiêng cánh quạt), chịu trách nhiệm cho phần lớn quá trình phanh và kiểm soát công suất.

Phanh tay: Phanh cơ khí, có nhiệm vụ khóa bánh sau khi xe dừng hẳn để đảm bảo an toàn.

Hỗ trợ: Phanh điện tử giúp quá trình phanh diễn ra êm ái hơn.

Hệ thống an toàn đa tầng và dự phòng này đảm bảo rằng ngay cả trong điều kiện thời tiết xấu hoặc sự cố, các tuabin gió khổng lồ vẫn có thể được tắt một cách an toàn và đáng tin cậy.