Cối xay gió, tuabin, chúng đều giống nhau… đúng không? Sai lầm! Trong khi tuabin gió là tiền thân hiện đại của cối xay gió truyền thống, hai cấu trúc này khá khác nhau. Chúng có các chức năng riêng biệt và do đó được xây dựng khá khác nhau. Nhìn chung chúng có vẻ dễ phân biệt, một số người trong chúng ta vẫn không biết sự khác biệt. Cối xay gió là một phần của truyền thống khai thác gió của con người cổ đại, và tuabin gió là sự lặp lại mới nhất của truyền thống đó. Trong bài viết này, chúng ta sẽ phân tích những sự khác nhau của cả hai.

Sự khác biệt chính giữa hai là chức năng của chúng. Cối xay gió chủ yếu được sử dụng để nghiền ngũ cốc hoặc bơm nước, và tuabin gió được sử dụng để tạo ra điện. Các tuabin gió cũng lớn hơn và khí động học hơn so với cối xay gió.

Mục lục

Lịch sử của năng lượng gió

Năng lượng gió đã mở rộng rất nhiều trong mười năm qua, nhưng ý tưởng khai thác năng lượng gió đã có từ lâu. Các thủy thủ đã sử dụng gió để lái thuyền của họ trong nhiều thiên niên kỷ. Người Ai Cập nổi tiếng với việc đi thuyền trên Địa Trung Hải từ năm 3000 trước Công nguyên. Người Phoenicia và người Austronesian cũng được biết là sử dụng thuyền buồm để duy trì mạng lưới thương mại rộng lớn của họ.

Cối xay gió đầu tiên được ghi nhận có thể được bắt nguồn từ vùng Sistan, dọc theo biên giới Iran và Afghanistan. Đây là nơi cối xay gió panemone được phát minh. Đó là một cối xay gió thẳng đứng đơn giản, sử dụng bốn đến tám cánh buồm bằng vải được bao bọc trong một bức tường có các khe hẹp cho phép gió đi qua. Bức tường và khe hở khuếch đại gió, và những cánh buồm quay một trục trung tâm. Cối xay gió panemone được sử dụng như một máy xay ngũ cốc hoặc thiết bị vận chuyển đường thủy.

Chiếc panemone không hiệu quả lắm, dựa vào lực cản để khai thác năng lượng. Nó tương tự như tuabin thẳng đứng kiểu savonius hiện đại, ngày nay được sử dụng làm máy đo gió hoặc cung cấp năng lượng cho các thiết bị công suất thấp. Tuy nhiên, panemone đủ hữu ích để lan rộng khắp Thế giới Hồi giáo và thậm chí cả Ấn Độ và Trung Quốc.

Cối xay gió

Những chiếc cối xay gió, như chúng ta đã biết ngày nay, lần đầu tiên được ghi lại ở Tây Bắc Châu Âu vào thế kỷ 12. Cối xay gió đầu tiên được biết đến có niên đại ở miền Bắc nước Anh vào năm 1185 và được sử dụng để nghiền ngũ cốc. Những chiếc cối xay gió này trở nên phổ biến trên khắp châu Âu, đặc biệt là ở Hà Lan. Thậm chí ngày nay, những chiếc cối xay gió còn được coi là một biểu tượng của văn hóa Hà Lan.

Cối xay gió được sử dụng chủ yếu để nghiền ngũ cốc, do đó có tên cối xay gió. Họ sử dụng sức mạnh của gió để làm quay một trục cam bên trong dẫn động một máy nghiền ngũ cốc. Cối xay gió sử dụng một hệ thống bánh răng ban đầu để truyền năng lượng từ cánh buồm đến trục cam và vào máy nghiền ngũ cốc. Cối xay gió đặc biệt hữu ích ở những nơi khan hiếm nước sinh hoạt, vì nhiều ngôi làng ven sông đã sử dụng cối xay nước cho các mục đích tương tự. Cối xay gió truyền thống được làm bằng gỗ hoặc gạch xây và có bốn cánh buồm lớn được bọc bằng vải.

Một số cối xay gió cũng được sử dụng để bơm nước. Trong khi những chiếc cột gió đã được sử dụng từ thế kỷ thứ 9, chiếc cột gió mang tính biểu tượng, thường được gọi là cối xay gió của Mỹ, đã trở thành một mặt hàng chủ lực trên khắp miền Trung Tây Hoa Kỳ vào thế kỷ 19. Nông dân chủ yếu sử dụng chúng để bơm nước từ giếng, mặc dù chúng cũng được sử dụng để nghiền ngũ cốc và cưa gỗ. Trong khi cối xay gió truyền thống của châu Âu là một cấu trúc lớn, rộng bằng gỗ và gạch và có bốn cánh buồm lớn, thì cối xay gió của Mỹ được đặt trên một khung lưới kim loại đơn giản, với một cánh quạt bao gồm một số cánh buồm kim loại mỏng với một cánh gió gắn liền. Cối xay gió của Mỹ sớm trở thành biểu tượng của cảnh quan Great Plains.

Tua bin gió

Tua bin gió là một bước ngoặt mới dựa trên cối xay gió cũ. Mặc dù năng lượng gió hiện đang trở thành tiêu chuẩn, nhưng những tuabin phát điện đầu tiên đã có từ hơn 150 năm trước. Tua bin gió đầu tiên được xây dựng ở Cleveland vào năm 1887 và cung cấp năng lượng cho một máy phát điện 12kW. Những người nông dân Trung Tây sau đó bắt đầu tạo ra một lượng điện nhỏ bằng cách sử dụng cối xay gió của họ vào những năm 1930, khi đường dây điện vẫn chưa đến được các trang trại hẻo lánh trên Great Plains. Đồng thời, tiền thân của tuabin gió hiện đại đang được phát triển ở Liên Xô, với chiếc đầu tiên được dựng lên ở Yalta vào năm 1931. Nó cao 30 feet và chạy bằng máy phát điện 100 kW.

Tuabin kích thước MW đầu tiên được đưa vào hoạt động tại Vermont vào năm 1941. Nó chỉ chạy trong khoảng 1.000 giờ trước khi gặp sự cố cơ học. Mười năm sau, tuabin nối lưới đầu tiên được đưa vào hoạt động tại Vương quốc Anh. Cũng giống như mọi thứ đang tìm kiếm năng lượng gió, sự gia tăng của nhiên liệu hóa thạch đã đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển của các tuabin mới.

Cuộc khủng hoảng dầu mỏ những năm 1970 đã thúc đẩy sự phát triển của lĩnh vực năng lượng tái tạo. Hàng nghìn tuabin gió đã được lắp đặt ở California, với Trang trại gió đèo Altamont sẽ đi vào hoạt động vào những năm 1980. Nhiều tuabin trong số này có các tháp dạng lưới, thu hút đại bàng và dẫn đến cái chết của hàng nghìn con chim khi chúng va chạm với các cánh quạt. Điều này đã thúc đẩy tranh cãi về các trang trại gió và mối nguy hiểm đối với các loài chim, vẫn tiếp tục cho đến ngày nay.

Thiết kế tuabin hiện đại, toàn màu trắng, kiểu dáng đẹp được lên ý tưởng vào những năm 1990 và 2000. Năng lượng gió ở châu Âu đã phát triển trong thiên niên kỷ mới, với các quốc gia như Hà Lan, Đan Mạch, Đức và Anh dẫn đầu. Ngày nay, năng lượng gió là dạng năng lượng tái tạo dồi dào nhất ở Mỹ, thậm chí còn vượt qua cả thủy điện.

Vậy sự khác biệt của tuabin gió và cối xay gió là gì?

Tuabin gió dựa trên thiết kế cối xay gió cổ điển, nhưng có một số khác biệt lớn. Cả hai khác nhau về chức năng, thẩm mỹ và cơ học nội thất. Các quốc gia như Hà Lan, vốn có bề dày lịch sử xây dựng cối xay gió, đã coi tuabin gió như một biểu tượng văn hóa hiện đại.

Chức năng chính của cối xay gió là biến năng lượng gió thành cơ năng. Cối xay gió chủ yếu được sử dụng để xay ngũ cốc hoặc bơm nước. Ngược lại, tuabin gió đặc biệt để tạo ra điện. Tua bin có thêm một bước trong quá trình truyền năng lượng, nơi động năng được biến thành cơ năng, sau đó trở thành năng lượng điện với sự trợ giúp của máy phát điện.

Sự khác biệt về chức năng giữa hai cấu trúc dẫn đến sự khác biệt lớn về cơ học bên trong. Các cánh buồm của cối xay gió được kết nối thông qua các bánh răng với một trục cam thẳng đứng chạy xuống trung tâm của cối xay gió. Điều này thường điều khiển một máy nghiền ngũ cốc hoặc máy bơm nước đặt ở chân của cối xay gió, có thể có hoặc có thể không ở dưới lòng đất. Và vì vậy, bên trong cối xay gió có xu hướng khá rộng rãi.

Năng lượng trong tuabin gió vẫn được định hướng theo phương ngang. Các cánh dẫn động ổ trục trong hộp số kết nối với máy phát điện. Tất cả các công việc trong tuabin gió được thực hiện ở phía trên, và không có chuyển động nào xảy ra bên dưới ống xoắn. Cáp chạy xuống tháp của tuabin gió, kết nối với lưới điện. Bên trong tuabin không rộng rãi bằng, nhưng tháp có một lỗ rỗng cho phép công nhân leo lên các nan. Bên trong nacelle khá chật chội, với hộp số và cụm máy phát điện chiếm gần hết không gian.

Trong khi cối xay gió và tuabin trông giống nhau, tuabin lớn hơn nhiều. Các cánh của tuabin gió được đặt cao từ 60 đến 100 mét để tận dụng tốc độ gió cao hơn. Cối xay gió cao trung bình từ 40 đến 60 mét.

Một điểm khác biệt chính là tuabin gió có cánh quạt, trong khi cối xay gió có cánh buồm. Chúng giống nhau về ngoại hình, nhưng về cơ bản chúng khác nhau. Các cánh của tuabin gió tạo ra lực nâng. Chúng có hình dạng giống như những chiếc tàu bay, tương tự như cánh của một chiếc máy bay. Cánh buồm của cối xay gió có nhiều điểm chung hơn với cánh buồm của một con tàu. Chúng thường có một khung lưới và được bao phủ bằng vải. Chúng được cung cấp bởi lực cản, làm cho chúng kém hiệu quả hơn.

Số lượng lưỡi dao cũng là một sự khác biệt lớn giữa hai loại. Cối xay gió truyền thống của châu Âu có bốn cánh buồm, trong khi tuabin gió thường có ba cánh. Một số loại tuabin gió có hai cánh, nhưng chúng có xu hướng khá hiếm.

Phần kết luận

Cối xay gió và tuabin gió có rất nhiều điểm chung, nhưng chúng cũng khá khác nhau. Điều làm cho chúng khác biệt là chức năng của chúng. Cối xay gió làm công việc cơ khí trong khi tuabin cung cấp điện. Tuy nhiên, tuabin gió hiện đại là một dòng trực tiếp từ cối xay gió truyền thống, có thể dễ dàng nhận ra ngay cả với kiểu dáng cao và kiểu dáng đẹp của nó. Đó là lý do tại sao rất nhiều quốc gia ở Bắc Âu đã rất cởi mở với việc sử dụng năng lượng gió; họ đã sử dụng cối xay gió trong gần một nghìn năm. Đây cũng là nơi tốt nhất để xem những chiếc cối xay gió cũ đứng ngay bên cạnh các đối tác hiện đại của chúng. Đó là một cái nhìn thú vị về sự phát triển của năng lượng gió trong suốt lịch sử loài người.

Các câu hỏi thường gặp:

Sự khác biệt giữa cối xay gió và tuabin gió là gì?

Cối xay gió đầu tiên được phát minh khi nào?

Cối xay gió đầu tiên là cối xay gió panemone, được ghi nhận lần đầu tiên ở Iran ngày nay vào khoảng năm 3000 trước Công nguyên. Đó là một cối xay gió thẳng đứng, tương tự như một tuabin savonius hiện đại. Cối xay gió truyền thống của châu Âu xuất hiện ở Bắc Âu vào khoảng thế kỷ XII.

Tua bin gió được phát minh khi nào?

Tua bin gió tạo ra điện đầu tiên được phát minh ở Cleveland vào năm 1887. Nó cung cấp năng lượng cho một máy phát điện 12 kW. Các tuabin gió hiện đại ra đời vào những năm 1990 và 2000.