Gió là vô hạn, nhưng tuổi thọ của tuabin gió là hữu hạn. Chúng sẽ không tồn tại mãi mãi và cuối cùng sẽ cần được thay thế. Nhưng tuabin thực sự tồn tại được bao lâu? Khi làn sóng tuabin gió đầu tiên ngừng hoạt động, câu hỏi ngày càng trở nên phù hợp hơn. Năng lượng gió đã bùng nổ trong mười năm qua, và trong khi các tuabin có vẻ giống như một vật cố định vĩnh viễn trên cảnh quan, cuối cùng, chúng sẽ phải đi xuống. Toàn bộ cộng đồng đã trở nên phụ thuộc vào gió cho nhu cầu năng lượng của họ, vì vậy điều quan trọng là phải biết đó sẽ còn là nguồn năng lượng đáng tin cậy trong bao lâu. Mặc dù chúng ta đã quen thuộc với tuổi thọ của các loại năng lượng tái tạo khác, như tuổi thọ các tấm pin mặt trời, nhưng câu hỏi về việc một tuabin gió sẽ hoạt động trong bao lâu là một câu hỏi vẫn chưa có câu trả lời đầy đủ.

Mục lục

Kỳ vọng về tuổi thọ của một tuabin gió

Tua bin gió được chế tạo để có tuổi thọ từ 20 đến 30 năm. Trong vòng vài thập kỷ hoạt động, tuabin gió sẽ cần phải thay thế một số bộ phận của nó, cụ thể là hộp số và cánh quạt.

Bất kỳ vật thể nào có các bộ phận chuyển động đều sẽ bị hao mòn. Nó giống như chiếc xe của bạn. Mặc dù lớp sơn có thể sáng bóng trong nhiều năm, nhưng động cơ sẽ bắt đầu có vấn đề về cơ học từ rất sớm. Đối với tuabin gió cũng vậy. Hộp số sẽ yêu cầu bảo dưỡng nhiều nhất và sẽ phải thay thế sau khoảng mười năm hoặc lâu hơn. Các ổ trục của hộp số đặc biệt nổi tiếng về khả năng hư hỏng. Vì chúng luôn di chuyển nên chúng có xu hướng hao mòn khá nhanh.

Các cánh của tuabin gió cũng có thể cần được thay thế. Các lưỡi có thể bị tách lớp, hình thành các vết nứt, hoặc bị ăn mòn ở cạnh đầu. Tốc độ của lưỡi dao thường vượt quá 100 dặm/giờ ở đầu lưỡi, vì vậy các vật thể trong không khí hàng ngày như bụi, bẩn và côn trùng có ảnh hưởng kép trên bề mặt của lưỡi dao theo thời gian. Phương án ít tốn kém nhất là sửa chữa lưỡi dao, nhưng nếu hư hỏng nặng thì phải thay thế.

Tất cả các yếu tố này ảnh hưởng đến tuổi thọ tổng thể của tuabin gió. Tua bin được bảo dưỡng đúng cách và thỉnh thoảng được thay thế các bộ phận của chúng sẽ có tuổi thọ từ 25 đến 30 năm. Nhưng nếu người vận hành chậm trễ trong việc bảo trì, các tuabin có thể bị chết sớm. Điều này đặc biệt đúng đối với các trang trại gió trong môi trường khắc nghiệt.

Nguy hiểm đối với tuabin gió

Tuabin khai thác năng lượng từ gió, điều này rất tốt khi trời có gió, nhưng các cơn bão mạnh có thể gây nguy hiểm cho cơ sở hạ tầng năng lượng gió. May mắn thay, các tuabin gió được trang bị để đối mặt với cơn gió mạnh. Đối với hầu hết các tuabin, 55 dặm một giờ là ngưỡng, sau đó chúng chuyển sang một loại “chế độ sinh tồn”. Khi máy đo gió nhận được tốc độ gió cao, cánh quạt sẽ tắt để tránh làm hỏng các cánh quạt và hộp số. Các cánh quạt tự bảo vệ mình hơn nữa bằng cách tạo lông, hoặc tự làm phẳng để giảm diện tích bề mặt đối mặt với gió mạnh. Cơ chế yaw vẫn hoạt động để tuabin vẫn hướng về hướng gió. Nó vẫn ở chế độ tắt cho đến khi cơn bão đi qua, khi tuabin hoạt động bình thường trở lại.

Bão lớn cũng mang theo sét. Tua bin gió bị sét đánh có thể gây ra một số thiệt hại nghiêm trọng. Lớp phủ bên ngoài của tuabin gió và các vật liệu được sử dụng để làm cánh quạt mang một số khả năng chống sét, nhưng các cuộc tấn công lặp đi lặp lại vẫn có thể gây ra các vết nứt vi mô. Mưa đá cũng có thể là một vấn đề, Các tảng băng đóng vào tuabin trong thời gian dài chắc chắn sẽ gây ra hư hỏng.

Các vết nứt vi mô gây ra các vấn đề về cấu trúc khi chúng không được phát hiện trong thời gian quá dài. Sự hao mòn liên tục khiến chúng nở ra. Sau đó, nước và hơi ẩm sẽ xâm nhập vào các vết nứt gây ra một loạt các vấn đề. Độ ẩm dư thừa có thể đẩy nhanh sự xuống cấp của vật liệu. Tệ hơn nữa, nước có thể đóng băng khi thời tiết lạnh, buộc các vết nứt vi mô phải mở rộng thêm và khiến toàn bộ cấu trúc có nguy cơ bị hỏng.

Cháy là một mối đe dọa thường bị bỏ qua đối với tuabin. Các bộ phận bên trong ống nano có thể đạt đến nhiệt độ cao và các thiết bị điện tử bị chập có thể tạo ra tia lửa điện có thể khiến máy móc trong ống nano bốc cháy. Hãy nhớ rằng, giống như động cơ của ô tô, hộp số cần có dầu để vận hành trơn tru. Và cũng giống như dầu động cơ, những loại dầu này rất dễ cháy. Mặc dù khả năng tuabin gió bốc cháy là khá thấp, nhưng khả năng xảy ra vẫn là rất thực nếu tuabin không được bảo dưỡng đúng cách.

Các tuabin gió ngoài khơi phải chịu những môi trường khắc nghiệt hơn. Không khí biển mặn gây ra sự xói mòn nhanh hơn trên các cánh quạt khi so sánh với các tuabin trên bờ. Khả năng triều cường và sóng lớn cũng tiềm ẩn nhiều nguy cơ. Kích thước lớn và vị trí xa của chúng cũng khiến việc sửa chữa trở nên khó khăn và tốn kém hơn.

Đánh giá thiệt hại

Tua bin gió là tốn kém. Mặc dù chi phí vận hành và bảo trì là chi phí rẻ nhất nhưng chúng vẫn có thể tăng giá khá nhanh. Thường là trường hợp hư hỏng trên máy móc bên trong như hộp số và máy phát điện không thể nhìn thấy ngay lập tức, vì vậy các kỹ sư thường dành thời gian và năng lượng quý báu để đánh giá các vấn đề có thể xảy ra. Do đó, họ đã đưa ra một số phương pháp để chẩn đoán các vấn đề về cấu trúc và cơ học bên trong tuabin.

Có một số công cụ khác nhau tùy ý sử dụng để tìm ra các vấn đề tiềm ẩn. Đối với hộp số, công nhân có thể sử dụng kiểm tra bằng mắt, ống nghe, soi video hoặc phân tích dao động để tìm ra các sai sót cơ học. Điều này cung cấp cho các kỹ sư một cái nhìn đa diện về các điều kiện bên trong hộp số.

Khi cánh bị hư hỏng, nó thường có thể nhìn thấy được. Nhưng các vết nứt vi mô và điểm yếu bên trong có thể không bị phát hiện. Trong những trường hợp này, các kỹ sư có thể sử dụng siêu âm hoặc hình ảnh nhiệt để xem xét cấu trúc bên trong của các cánh quạt. Họ cũng có thể sử dụng phương pháp cắt lớp kỹ thuật số sử dụng tia laser để quét bề mặt của lưỡi để tìm các vết nứt.

Những thất bại thảm khốc

Tình huống xấu nhất đối với tuabin gió là kết cấu bị hỏng hoàn toàn. Tua bin gió có thể bị hỏng vì một số lý do. Thời tiết khắc nghiệt có thể đẩy tua bin đến giới hạn của chúng. Sự cố cơ học có thể gây ra hỏa hoạn hoặc khiến rôto quay mất kiểm soát. Các tuabin được lắp đặt không chính xác đã bị rơi ngay khỏi móng. Mặc dù nó không xảy ra thường xuyên, nhưng các chuyên gia năng lượng gió đã nhìn thấy những thất bại của họ. Theo nghĩa đen, các tuabin gió liên tục chịu hàng tấn căng thẳng. Bảo trì kém hoặc kỹ thuật kém có thể dẫn đến một khoản phí lớn, và trong một số trường hợp, nhiều hơn là tuabin bị mất.

Vào năm 2019, một tuabin gió ở bang Washington đã bốc cháy. Máy phát điện trở nên quá nóng và làm cho ống dẫn lửa bùng cháy. Lúc đầu, ngọn lửa được ngăn chặn trên đỉnh của tuabin, nhưng khi các bộ phận của tuabin bắt đầu tan chảy, các mảnh cháy rơi xuống đất và bốc cháy cỏ. Điều này bắt đầu một trận cháy rừng, đã trở nên trầm trọng hơn do điều kiện khô và gió mạnh. Hơn 300 mẫu Anh đã bị đốt cháy, và may mắn là không có ai bị thương.

Thật không may, đôi khi mạng sống bị mất. Một tuabin gió bốc cháy ở Hà Lan đã giết chết hai công nhân khi nó phát nổ trong quá trình bảo dưỡng định kỳ. Do tuabin quá cao, các nhân viên cứu hỏa đã không thể tiếp cận cột điện và cứu các công nhân.

Một trong những thất bại nghiêm trọng nhất diễn ra ở Hornslet, Đan Mạch, vào năm 2008. Sự kết hợp của gió mạnh và lỗi phanh tốc độ đã khiến các rôto quay mất kiểm soát. Khi các kỹ sư thấy rằng thảm họa sắp xảy ra, họ đã sơ tán tuabin và thiết lập một vành đai lớn. Khi gió nổi lên, cánh quạt bắt đầu quay với tốc độ chóng mặt cho đến khi tua bin phát nổ, phá hủy cấu trúc và làm bay các mảnh vỡ.

Chất thải năng lượng gió

Khi tuabin gió hết tuổi thọ, nó sẽ ngừng hoạt động. Hiện tại, làn sóng tuabin gió đầu tiên được lắp đặt vào những năm 1990 đang hoặc gần hết thời gian sử dụng. Trong khi các tuabin lớn hơn và hiệu quả hơn đang thay thế, các công ty điện gió hiện có một câu hỏi khác cần trả lời; chúng ta sẽ làm gì với tất cả các tuabin cũ?

Một số bộ phận của tuabin gió có thể tái chế. Tháp và trung tâm được làm bằng thép nên có thể được nấu chảy và lắp đặt lại. Các thành phần của hộp số và máy phát điện cũng có thể được loại bỏ và tái sử dụng. Vấn đề thực sự là những lưỡi dao. Các cánh của tuabin gió được làm bằng vật liệu tổng hợp bao gồm sợi thủy tinh và nhựa dẻo . Chúng không dễ bị phá vỡ và tái chế. Điều này đã tạo ra một vấn đề lãng phí lớn trong ngành công nghiệp gió.

Bởi vì năng lượng gió vẫn còn mới, vẫn chưa có cách nào để tái chế hoặc tái sử dụng các cánh tuabin. Chúng không phù hợp với các bãi chôn lấp và chúng quá lớn đối với ngay cả những máy đầm công nghiệp lớn nhất. Hiện tại, các cánh quạt cũ đang được cất giữ trong các “nghĩa địa” tuabin gió trên khắp vùng Trung Tây. Ở châu Âu, một số công ty sáng tạo đã sử dụng cách tái định vị chúng thành sân chơi, cây cầu, ghế dài hoặc nghệ thuật công cộng. Nhưng cho đến khi một giải pháp cụ thể được tìm ra, các nghĩa trang tuabin sẽ tiếp tục phát triển.

Phần kết luận

Năng lượng gió đang trở thành một phần lớn hơn trong danh mục năng lượng toàn cầu, và trong khi các tuabin dường như là cấu trúc nguyên khối và vĩnh cửu, chúng cuối cùng sẽ cần được thay thế. Sau 20 đến 30 năm, tuabin gió trở thành một khoản nợ phải trả. Các tuabin được chế tạo vào những năm 1990 hiện đang ngừng hoạt động và các chuyên gia trong ngành công nghiệp gió đang học cách tốt hơn để đề phòng các vấn đề cơ học và hỏng hóc về kết cấu để giúp tăng tuổi thọ tuabin. Vấn đề xử lý các cánh tuabin đang trở thành mối quan tâm ngày càng tăng, vì các bãi chôn lấp không đủ lớn để xử lý tải. Với việc phát triển năng lượng gió với tốc độ ngày càng cao, bây giờ là lúc để lên kế hoạch cho thế hệ tiếp theo của các tuabin ngừng hoạt động.

Các câu hỏi thường gặp

Tuabin gió có tuổi thọ bao lâu?

Nếu được bảo dưỡng tốt, tuabin gió có thể tồn tại từ 20 đến 30 năm. Hộp số và cánh quạt có thể cần được thay thế sớm hơn nhiều, thường là trong vòng 10 năm.

Điều gì có thể làm hỏng tuabin gió?

Các tuabin gió thường bị hư hỏng nhiều nhất do các nguy cơ từ môi trường. Bão mang lại gió mạnh, sét và mưa đá, tất cả đều có thể làm hỏng tuabin. Một số môi trường có nhiều bụi bẩn làm mòn lưỡi dao. Các tuabin gió ngoài khơi dễ bị phun muối và sóng lớn.

Điều gì xảy ra với tuabin gió khi nó ngừng hoạt động?

Các tuabin gió ngừng hoạt động được tháo dỡ khỏi nền móng và tái cấu trúc. Hầu hết các tuabin đều được tái chế, bao gồm tháp, trục rôto, hộp số, máy phát điện và thanh trục. Các cánh quạt không thể được tái chế và việc thải bỏ các cánh tua-bin cũ đang trở thành một vấn đề ngày càng tăng.