Tuabin gió tạo ra điện như thế nào?

Mỗi lần đi ngang qua một trang trại gió ở vùng ngoại ô, tôi luôn thấy hàng dãy "cối xay gió khổng lồ" quay chậm rãi - tuy có vẻ không quá chặt chẽ hay chậm chạp, nhưng chúng có thể cung cấp điện cho hàng ngàn hộ gia đình. Nhiều bạn tò mò: làm thế nào những cánh quạt quay theo gió này lại có thể biến gió vô hình thành điện năng để sử dụng? Hôm nay, theo cách hiểu đơn giản của người bình thường, chúng tôi sẽ giới thiệu cho bạn "kỹ thuật chuyển đổi năng lượng" trong sản xuất điện gió.

Trên thực tế, logic cốt lõi của việc sản xuất điện gió giống như một "cuộc đua tiếp sức năng lượng": đầu tiên là nắm bắt "động năng" của gió, sau đó biến nó thành "lực quay" cơ học, và cuối cùng là chuyển đổi nó thành "năng lượng điện" có thể thắp sáng bóng đèn. Toàn bộ quá trình được chia thành ba bước, mỗi bước có những "người chơi" chuyên dụng đóng góp công sức của mình.

Bước đầu tiên là dựa vào các cánh quạt để "đón gió": biến năng lượng gió thành lực quay. Bản thân gió là luồng không khí mang theo "động năng" vô hình - giống như gió mạnh có thể thổi bay lá rụng và đẩy thuyền buồm, lực này cũng có thể đẩy các cánh quạt của tuabin gió. Tuy nhiên, cánh quạt không được thiết kế một cách tùy tiện. Hình dạng của nó rất giống với cánh máy bay, với một mặt lồi và mặt phẳng: khi gió thổi, vận tốc dòng khí trên bề mặt lồi nhanh và áp suất thấp, trong khi vận tốc dòng khí trên bề mặt lõm chậm và áp suất cao. Sự chênh lệch áp suất này tạo thành một "lực nâng", giống như một bàn tay vô hình đẩy cánh quạt quay quanh trục trung tâm. Vào thời điểm này, động năng của gió trở thành năng lượng cơ học cho chuyển động quay của các cánh quạt, và chặng đầu tiên của "cuộc đua tiếp sức năng lượng" đã được hoàn thành.

Bước thứ hai là sử dụng máy gia tốc để "tăng tốc": làm cho lực quay "mạnh". Có thể bạn chưa nhận ra, nhưng thực tế các cánh quạt quay khá chậm - thường chỉ 10 đến 20 vòng/phút, và tốc độ chậm như vậy không thể vận hành máy phát điện. Lúc này, cần có một "bộ tăng áp" (còn gọi là hộp số) để cứu cánh quạt: nó giống như một bộ "bộ khuếch đại công suất" chính xác, sử dụng các bánh răng có kích thước khác nhau để "nâng" tốc độ quay thấp do cánh quạt truyền lên khoảng 1500 vòng/phút. Cũng giống như việc sang số khi đi xe đạp, việc đạp nhẹ bàn đạp cũng có thể khiến bánh xe quay nhanh hơn. Máy gia tốc chuyển hệ thống điện gió sang "số cao" để tích lũy đủ năng lượng cho bước tiếp theo là tạo ra điện.

Bước thứ ba là sử dụng máy phát điện để "biến đổi" lực quay thành năng lượng điện. Bước này đòi hỏi phải vận dụng nguyên lý "cảm ứng điện từ" mà chúng ta đã học ở trường trung học cơ sở - nói một cách đơn giản là "từ trường động tạo ra điện". Bộ giảm tốc dẫn động "rôto" (được trang bị nam châm) trong máy phát điện quay với tốc độ cao, trong khi "stato" được quấn bằng dây đồng cũng được cố định bên trong máy phát điện. Khi nam châm của rôto quay quanh stato, nó sẽ cắt từ trường trong cuộn dây stato, tương đương với việc "xây dựng đường băng" cho các electron, cho phép chúng chạy theo hướng trong dây đồng - và thế là dòng điện được tạo ra!

Tuy nhiên, dòng điện được tạo ra không thể sử dụng trực tiếp. Nó cần trải qua một loạt các quá trình như "chỉnh lưu" và "ổn định điện áp" để chuyển đổi thành điện xoay chiều đáp ứng tiêu chuẩn lưới điện. Sau đó, nó được truyền tải qua đường dây đến các trạm biến áp trước khi đến nhà ở và văn phòng, thắp sáng đèn và vận hành các thiết bị điện.

Bạn thấy đấy, từ gió thổi vào cánh quạt cho đến dòng điện thắp sáng bóng đèn, toàn bộ quá trình này giống như một "phép thuật năng lượng" đan xen - không có khói đen từ việc đốt than, không tiêu thụ tài nguyên không tái tạo, và chỉ có gió tự nhiên mới có thể khiến "cối xay gió khổng lồ" tạo ra nguồn điện sạch vô tận. Lần tới khi bạn nhìn thấy cánh quạt của một trang trại gió quay, biết đâu bạn sẽ nhận ra rằng mỗi vòng quay là một sự chuyển đổi tuyệt vời từ năng lượng gió sang năng lượng điện.