Tìm hiểu về Tuabin gió không cánh

Gió là nguồn năng lượng thiết yếu trong suốt lịch sử loài người, từ thuyền buồm đến cối xay gió. Nó đã trở nên phổ biến trong những năm gần đây như một sự thay thế hiệu quả về chi phí và thân thiện với môi trường cho nhiên liệu hóa thạch. 

Các tuabin gió tạo ra điện lâu hơn chúng ta tưởng. Charles F. Brush đã phát minh ra tuabin như vậy đầu tiên vào năm 1888. Nó có 144 cánh bằng gỗ và có khả năng tạo ra công suất 12 kilowatt. Tua bin gió biến đổi động năng của gió thành cơ năng. Năng lượng cơ học này có thể được chuyển đổi thành điện năng bằng cách sử dụng máy phát điện, có thể được sử dụng trực tiếp cho các hoạt động cụ thể như kết nối lưới điện trực tiếp và sạc pin.

Tua bin gió không cánh là gì?

Tua bin gió không cánh không có cánh quay và được thiết kế để đứng thẳng và dao động theo phản ứng của các dòng xoáy.

Tua bin không cánh không phải là một trong những thiết kế thường xuyên được đề xuất. Tuy nhiên, nó đơn giản và chỉ được tạo thành từ một thành phần cấu trúc. Vì vậy, nó có nhiều lợi thế hơn về sản xuất, vận chuyển, bảo quản và lắp đặt. Không có vòng bi, bánh răng hoặc các bộ phận chuyển động khác trong thiết kế tuabin gió mới, vì vậy việc bảo trì chúng rất đơn giản. Khi so sánh với tuabin gió có cánh, tuabin không cánh sẽ tạo ra điện với chi phí thấp hơn 40%.

Chỉ có một số bộ phận chuyển động trong tuabin gió không cánh. Chúng không chỉ giúp giảm tiếng ồn mà còn không gây nguy hiểm cho các loài chim. Kết quả là, chúng tiên tiến hơn so với những sản phẩm tiền nhiệm trước đó

Tua bin gió không cánh hoạt động như thế nào?

Năng lượng từ gió được thu nhận bởi một hiện tượng cộng hưởng được gọi là hiện tượng rơi xoáy, gây ra bởi một hành động khí động học. Trong động lực học chất lỏng, dòng chảy bị thay đổi khi gió đi qua vật thể cùn, dẫn đến dạng xoáy có chu kỳ. Cơ thể bắt đầu dao động và cộng hưởng với gió khi tần số của các lực này gần với tần số cấu trúc của cơ thể. Đây còn được gọi là Rung động cảm ứng xoáy .

Công nghệ không cánh thực chất là một hình trụ cố định thẳng đứng với một thanh đàn hồi. Một dải gió làm dao động hình trụ, tạo ra điện thông qua hệ thống máy phát điện. Nó là một máy phát điện gió cộng hưởng rung động gây ra xoáy.

Chúng được chế tạo rất đơn giản. Cột buồm hình nón được xoay theo phương thẳng đứng với sự trợ giúp của một thanh hình trụ được giữ trong ổ lăn và chỉ rung theo một hướng. Một tấm kim loại được sử dụng để che khu vực bên dưới trục. Nửa trên của cột buồm rung rinh trong gió, trong khi phần dưới được nối với trục khuỷu.

Hình trụ bên ngoài được làm chủ yếu là cứng, nhưng nó có thể rung khi bị buộc vào thanh dưới cùng. Mặt trên của hình trụ không bị ràng buộc và có biên độ dao động lớn nhất. Cấu trúc được làm bằng polyme được gia cố bằng carbon và / hoặc sợi thủy tinh, thường được sử dụng trong các cánh tuabin gió.

Đương nhiên, thiết kế của một tuabin gió như vậy khác biệt đáng kể so với tuabin thông thường. Thay vì tháp, nan và các cánh quạt thông thường, hệ thống này chỉ bao gồm một cột buồm nhẹ gắn trên đế. Điều này giúp tiết kiệm tiền mua nguyên liệu và loại bỏ nhu cầu làm nền sâu hơn.

Cột buồm được đỡ ở phần trên cùng của thanh, trong khi phần dưới được cố định chắc chắn vào mặt đất. Nó được làm bằng polyme gia cố bằng sợi carbon, có khả năng chống mỏi cao và rò rỉ năng lượng thấp khi dao động.

Ưu điểm & khuyết điểm của tuabin không cánh

Có một số yếu tố tác động khi thiết kế cánh quạt cho tuabin gió. Có lẽ, yếu tố quan trọng nhất là khí động học. Khí động học là khoa học về cách một vật rắn tương tác với không khí xung quanh nó. Có nhiều ưu điểm khi thiết kế tuabin không có cánh.

Ưu điểm

  • Tua bin không cánh cực kỳ nhẹ và có tâm trọng lực gần mặt đất. Kết quả là, so với các tuabin tiêu chuẩn, các yêu cầu về neo hoặc nền móng được giảm đáng kể, giúp việc lắp đặt dễ dàng hơn nhiều.
  • Diện tích quét giảm của các tuabin này cho phép bố trí nhiều tuabin hơn trong cùng một diện tích bề mặt, bù đắp cho sự mất mát hiệu suất năng lượng với hiệu suất không gian một cách hiệu quả về chi phí.
  • Chỉ có một số bộ phận chuyển động trong tuabin gió không cánh. Chúng không chỉ giúp giảm tiếng ồn mà còn không gây nguy hiểm cho các loài chim.
  • Các tuabin gió truyền thống chịu rất nhiều áp lực trong hoạt động của chúng. Chúng tôi đã thấy rằng các cánh tuabin giảm chất lượng theo thời gian, đặc biệt là khi chúng bị xói mòn trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt ngoài khơi. Mặt khác, tuabin gió không cánh không có ổ trục, bánh răng hoặc các bộ phận chuyển động khác trong thiết kế tuabin gió mới nên việc bảo trì chúng rất đơn giản.
  • Tua bin gió không cánh tạo ra điện với chi phí thấp hơn 40% so với tuabin gió truyền thống.
  • Tua bin không cánh có thể được sử dụng cả trong và ngoài lưới, và chúng cũng có thể được sử dụng trong các hệ thống năng lượng mặt trời kết hợp gió.

Nhược điểm

  • Các tuabin gió không cánh vẫn còn trong giai đoạn sơ khai, chúng kém hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi năng lượng gió thu được thành năng lượng điện, điều này hạn chế việc áp dụng rộng rãi.
  • Cánh quạt phải lắc lư với tốc độ khá nhanh để tạo ra một lượng điện đáng kể. Tuy nhiên, tốc độ dao động càng cao thì ứng suất tác động lên cánh gạt và nền tảng giữ nó thẳng đứng càng lớn.
  • Sản xuất điện bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của khí quyển. Hệ thống điều khiển dao động phải tuân theo tần số và độ tin cậy rung động thông thường của cột buồm.
  • Tùy thuộc vào kết quả mong muốn, chiều cao cột có thể được tăng lên. Vì vậy, một nhược điểm của các tuabin gió như vậy là chi phí ban đầu của chúng cao hơn chi phí vận hành của tuabin gió không cánh.

Tua bin gió truyền thống và tuabin gió không cánh

Phần lớn các tuabin gió truyền thống hiện đang được lắp đặt có ba cánh quạt. Số lượng cánh quạt phù hợp là rất quan trọng để phù hợp với đường cong hiệu suất của máy phát điện để đạt được hiệu suất và hiệu suất tổng thể tối ưu. Các nhà khoa học và kỹ sư đã phát hiện ra rằng thu hoạch gió bằng ba cánh quạt là phương pháp hiệu quả nhất và ít gây khó chịu nhất

Việc thiết kế và sử dụng các cánh tuabin là một ngành khoa học tinh tế và phụ thuộc vào một số yếu tố như khí động học và lực cản của không khí.

Mặt khác, tuabin gió không cánh là những tuabin không có cánh quay và năng lượng từ gió được thu nhận bởi hiện tượng cộng hưởng được gọi là hiện tượng xoáy lốc, được gây ra bởi một hành động khí động học.

Thông thường, các tuabin gió có cánh quạt tương tác với gió, tạo ra lực nâng hoặc lực cản và chuyển nó thành chuyển động quay. Chuyển động quay này sau đó được máy phát điện chuyển thành năng lượng điện trong khi tuabin gió không cánh không liên quan đến điều này. Thiết kế không cánh này có thể giúp giảm tổn thất ma sát trong hệ thống, do đó, giảm mài mòn.

Tương lai của tuabin gió không cánh

Mặc dù tuabin ba cánh đã là mô hình tiêu chuẩn của sản xuất năng lượng tái tạo trong những năm gần đây, nhưng điều này không đảm bảo rằng chúng sẽ tiếp tục như vậy trong tương lai.

Tuabin không cánh là một trong những thiết kế thường xuyên được đề xuất. Mặc dù nó có vẻ phản trực giác với sức đề kháng cần thiết để chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng, nhưng có rất nhiều lợi thế khi thiết kế một tuabin không có cánh quạt. Một lợi ích là chi phí và bảo trì. Các tuabin hiện tại đang chịu rất nhiều áp lực trong hoạt động của chúng. Chúng tôi đã thấy rằng các cánh tuabin giảm chất lượng theo thời gian, đặc biệt là khi chúng bị xói mòn trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt ngoài khơi.

Nhiều công ty đã phát triển các tuabin không cánh nguyên mẫu tạo ra năng lượng gió bằng cách sử dụng chuyển động con quay hồi chuyển. Ý tưởng của họ có thể tốn ít chi phí sản xuất hơn tới 40% so với các tuabin thông thường và nó sẽ không bị suy giảm nhiều theo thời gian.

Phần kết luận

Chi phí sản xuất và bảo trì tuabin gió không cánh rẻ hơn đang giúp thúc đẩy nhu cầu nhiều hơn. Ngoài chi phí rẻ hơn, các tuabin này có tổn thất điện năng nhỏ hơn. Do đó, tuabin gió không cánh có thể được lắp đặt với số lượng lớn hơn trên một đơn vị diện tích so với tuabin gió truyền thống. Những lý do này, kết hợp với nhau, đang thúc đẩy thị trường tuabin gió không cánh toàn cầu về phía trước.

Câu hỏi thường gặp

Tua bin gió không cánh là gì?

Tua bin gió không cánh là những tuabin không có cánh quay và được thiết kế để đứng thẳng và dao động theo phản ứng của các dòng xoáy.

Lợi ích của tuabin gió không cánh là gì?

Tua bin gió không cánh tạo ra điện với chi phí thấp hơn 40% so với tuabin gió truyền thống. Tua bin gió không cánh không có ổ trục, bánh răng hoặc các bộ phận chuyển động khác trong thiết kế tuabin gió mới, vì vậy việc bảo trì chúng rất đơn giản. Diện tích quét giảm của các tuabin này cho phép bố trí nhiều tuabin hơn trong cùng một diện tích bề mặt, bù đắp cho sự mất mát hiệu suất năng lượng với hiệu suất không gian một cách hiệu quả về chi phí.

Nhược điểm của tuabin gió không cánh là gì?

Tua bin gió không cánh kém hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi năng lượng gió thu được thành năng lượng điện, điều này hạn chế việc áp dụng rộng rãi chúng. Do tốc độ dao động của tuabin gió không cánh cao hơn, nên có ứng suất lớn hơn trên cánh và nền để giữ nó thẳng đứng. Tua bin gió có chi phí ban đầu cao hơn chi phí vận hành.