Các loại tua bin gió phổ biến là gì?
Các tuabin gió thông thường chủ yếu được chia thành hai loại theo hướng trục quay của tuabin gió: tuabin gió trục ngang và tuabin gió trục đứng, trong đó tuabin trục ngang hiện là loại được ứng dụng phổ biến nhất. Sau đây là các phân loại và đặc điểm chính:
1. Tuabin gió trục ngang (HAWT)
Trục quay của tuabin gió song song với mặt đất, và các cánh quạt có hình dạng giống cánh quạt máy bay. Hơn 95% công suất điện gió lắp đặt toàn cầu đến từ tuabin gió.
Các loại chính:
1. Loại ngược gió
Tuabin gió quay phía trước tháp, hướng về phía gió, do đó cần có hệ thống điều chỉnh hướng để chống lại sức gió.
Ưu điểm: Giảm thiểu ảnh hưởng của bóng tháp (sự cản trở luồng không khí do tháp gây ra), hiệu suất cao.
Nhược điểm: Nó yêu cầu thiết bị điều chỉnh hướng và có cấu trúc phức tạp.
Đa số các tuabin gió quy mô lớn hiện đại (trên 1,5MW) đều áp dụng thiết kế này.
2. Kiểu xuôi gió
Tuabin gió được đặt phía sau tháp và có thể tự động điều chỉnh theo hướng gió (mà không cần hệ thống xoay chủ động).
Nhược điểm: Hiệu ứng bóng tháp gây ra sự biến động ứng suất trong các cánh quạt, khiến chúng dễ bị mỏi.
Ít được sử dụng hơn trong các tuabin gió đời đầu hoặc cỡ nhỏ.
2. Tuabin gió trục đứng (VAWT)
Trục quay của tuabin gió vuông góc với mặt đất và có thể thu gió từ mọi hướng mà không cần hệ thống điều chỉnh hướng gió. Hiện nay, nó chủ yếu được sử dụng cho việc phát điện quy mô nhỏ phân tán hoặc các trường hợp đặc biệt.
Các loại chính:
Loại Darrieus
Các cánh quạt có hình cong (như hình chữ "Φ") và quay nhờ lực nâng khí động học.
Ưu điểm: Tốc độ cao và hiệu quả cao.
Nhược điểm: Không thể tự khởi động, cần thiết bị phụ trợ; Độ bền kết cấu cao, gây khó khăn trong việc mở rộng quy mô.
Loại Savonius
Các cánh quạt có hình chữ S và hình thùng, được vận hành nhờ lực cản của gió.
Ưu điểm: Mô-men xoắn khởi động cao, dễ khởi động ở tốc độ gió thấp, cấu trúc đơn giản.
Nhược điểm: Hiệu suất thấp (dưới 15%), thường được sử dụng trong máy đo gió hoặc các thiết bị sạc nhỏ.
Hình chữ H (Darius lưỡi thẳng)
Sử dụng kết hợp lưỡi dao thẳng và thanh đỡ để dễ dàng chế tạo.
Trong những năm gần đây, người ta tập trung trở lại vào việc tích hợp công trình hoặc thử nghiệm điện gió nổi ngoài khơi.
3. Phân loại theo kịch bản ứng dụng và quy mô
Tuabin gió lớn nối lưới
Công suất thường từ 1MW trở lên, với đường kính tuabin gió từ 80-200 mét, được sử dụng cho các trang trại điện gió.
Xu hướng chủ đạo là loại quạt gió trục ngang ba cánh hướng lên trên, với công nghệ đã hoàn thiện.
Các tuabin gió cỡ nhỏ và trung bình phân tán
Công suất ≤ 100kW, được sử dụng ở vùng nông thôn, trạm thu phát sóng thông tin liên lạc, trang trại, v.v.
Bao gồm cả trục ngang hoặc trục dọc (như kiểu H, kiểu Savonius).
tuabin gió ngoài khơi
Hầu hết chúng là các tuabin gió trục ngang cỡ lớn (5-15MW trở lên) với cấu trúc móng đặc biệt (cọc đơn, nổi, v.v.).
Cần có thiết kế chống ăn mòn và chống bão, dẫn đến chi phí bảo trì cao.
Người hâm mộ đặc biệt
Loại khuếch tán tăng cường: Cấu trúc hình nón giúp tăng tốc luồng không khí, cải thiện hiệu quả, nhưng có giá thành cao.
Năng lượng gió ở vùng cao: sử dụng diều hoặc bóng bay chứa heli để mang máy phát điện, hiện đang trong giai đoạn thử nghiệm.
4. Xu hướng công nghệ và thiết kế mới nổi
Quy mô siêu lớn: Công suất của mỗi tuabin gió ngoài khơi đã đạt 15-18MW, với chiều dài cánh quạt vượt quá 120 mét.
Móng nổi: thích hợp cho điện gió ngoài khơi sâu, với các tuabin gió được lắp đặt trên các bệ nổi.
Thiết kế trục đứng lai: Kết hợp ưu điểm của lực nâng và lực cản, giúp cải thiện hiệu suất khởi động và hiệu quả hoạt động.
Trí tuệ nhân tạo: Sử dụng cảm biến và thuật toán AI để tối ưu hóa góc quay và góc cánh quạt, thích ứng với các điều kiện gió phức tạp.
5. Tóm tắt và so sánh
1. Tuabin gió trục ngang ba cánh
Ưu điểm: Hiệu suất chuyển đổi năng lượng gió cao nhất (lên đến 50% hoặc hơn), công nghệ cực kỳ hoàn thiện, quy mô và hiệu quả kinh tế tốt nhất, hiện đang là xu hướng chủ đạo tuyệt đối trong các dự án điện gió quy mô lớn.
Nhược điểm: Cần có hệ thống điều chỉnh hướng gió chính xác, tiếng ồn tương đối lớn, chi phí bảo trì cao (đặc biệt đối với các thiết bị lớn) và yêu cầu kỹ thuật cao.
Ứng dụng chính: các trang trại điện gió tập trung trên đất liền, các trang trại điện gió ngoài khơi (các mô hình cốt lõi hiện tại và tương lai).
2. Tuabin gió trục đứng - Loại Dario
Ưu điểm: Có thể thu gió từ mọi hướng mà không cần hệ thống điều chỉnh hướng gió. Máy phát điện và các thiết bị khác có thể đặt trên mặt đất để dễ bảo trì, và tiếng ồn trong quá trình hoạt động tương đối thấp.
Nhược điểm: Hiệu suất tổng thể thấp hơn so với quạt trục ngang, và thường không thể khởi động tự động. Khi kích thước lớn hơn, thách thức về ứng suất kết cấu càng lớn, và mức độ thương mại hóa thấp.
Ứng dụng chính: phát điện phân tán quy mô nhỏ, điện gió tích hợp trong tòa nhà, các dự án thử nghiệm và môi trường đặc biệt.
3. Tuabin gió trục đứng - Loại Savonius
Ưu điểm: Mô-men xoắn khởi động cao, có khả năng khởi động ngay cả trong điều kiện gió yếu và dòng chảy rối, cấu trúc rất đơn giản và chắc chắn, chi phí sản xuất và bảo trì thấp.
Nhược điểm: Hiệu suất chuyển đổi năng lượng gió rất thấp (thường dưới 20%), và tốc độ gió chậm.
Ứng dụng chính: Các thiết bị sạc nhỏ, thiết bị hỗ trợ thông gió, dụng cụ đo tốc độ gió và các ứng dụng tiêu thụ điện năng thấp khác.
Tóm lại, tuabin gió trục ngang ba cánh chiếm ưu thế trên thị trường điện gió toàn cầu nhờ hiệu suất cao và chuỗi công nghiệp hoàn thiện. Tuabin gió trục đứng, đặc biệt là loại Dario, đã được nghiên cứu và khám phá liên tục trong các kịch bản ứng dụng phân tán, thu nhỏ và đặc biệt nhờ những ưu điểm độc đáo của chúng, và là một sự bổ sung quan trọng cho sự phát triển đa dạng của công nghệ điện gió.
