Từ các trang trại gió lớn đến các tua-bin nhỏ cung cấp điện cho từng hộ gia đình, các tua-bin gió hiện nay đang tạo ra nguồn điện sạch cho một loạt nhu cầu năng lượng trên toàn cầu. Song, không phải ai cũng có hiểu biết về thiết bị hữu ích này.

Nguồn gốc của tua-bin gió

Các khái niệm về hoạt động khai thác sức gió để tạo ra năng lượng cơ học đã có từ nhiều thiên niên kỷ trước. Ngay từ 5000 năm trước Công nguyên, người Ai Cập đã sử dụng năng lượng gió để đẩy thuyền dọc theo sông Nile. Người Mỹ cũng dùng cối xay gió để xay ngũ cốc, bơm nước và cắt gỗ trong các xưởng cưa. Ngày nay tua-bin gió là phiên bản phát triển của cối xay gió – nhằm chuyển đổi năng lượng động học trong gió thành nguồn điện sạch tái tạo.

Cách thức hoạt động

Phần lớn các tua-bin gió bao gồm ba cánh quạt gắn vào một trục tháp được làm từ thép ống. Có những loại ít phổ biến hơn chỉ có hai cánh, hoặc bằng bê tông hoặc trục lưới thép. Với chiều cao 100 feet hoặc hơn so với mặt đất, trục tháp cho phép tua-bin tận dụng tốc độ gió nhanh hơn ở độ cao lớn hơn.

Cận cảnh cấu tạo của 1 tua-bin gió

Tua bin thu năng lượng gió bằng các cánh quạt, nhưng hoạt động giống như cánh máy bay. Khi gió thổi, một túi khí áp suất thấp hình thành ở một bên cánh. Túi khí sau đó kéo cánh quạt về phía nó, khiến cho các cánh quạt quay. Hoạt động này được gọi là nâng. Lực nâng mạnh hơn nhiều so với sức gió ở mặt trước của cánh, được gọi là kéo. Sự kết hợp giữa nâng và kéo làm cho ro-tô quay như một cánh quạt.

Một loạt bánh răng làm tăng vòng quay của ro-tô từ 18 vòng quay một phút lên khoảng 1.800 vòng mỗi phút - tốc độ này cho phép máy phát điện của tua-bin sản xuất ra điện AC.

Một thành phần quan trọng khác là bộ điều khiển của tua-bin, nó giữ cho tốc độ ro-tô không vượt quá 55 mph để tránh thiệt hại do gió lớn. Một máy đo gió liên tục đo tốc độ gió và truyền dữ liệu về bộ điều khiển. Một chiếc phanh, cũng nằm trong vỏ bọc động cơ, sẽ dừng ro-tô cơ học, điện hoặc thủy lực trong trường hợp khẩn cấp.

Ứng dụng vào cuộc sống

Tua-bin gió có nhiều ứng dụng – từ khai thác tài nguyên gió ngoài biển đến cung cấp điện cho từng hộ gia đình. 

Tua-bin gió lớn, thường được sử dụng để cung cấp điện lưới, dao động từ 100 kW đến vài MW. Các tua-bin quy mô tiện ích này thường được nhóm lại với nhau trong các trang trại gió để sản xuất một lượng lớn điện. Các trang trại gió có thể gồm một vài hoặc hàng trăm tua-bin, cung cấp đủ năng lượng cho hàng chục ngàn hộ gia đình.

Trang trại gió trên biển

Tua-bin gió cỡ nhỏ, tối đa 100 kW, thường ở gần nơi sử dụng nguồn điện đó, ví dụ, ở gần những ngôi nhà, trạm viễn thông, trạm bơm nước. Tua-bin nhỏ đôi khi được kết nối với máy phát điện diesel, pin và hệ thống quang điện. Các hệ thống này được gọi là hệ thống gió hỗn hợp và thường được sử dụng cho các địa điểm xa, nơi không có sẵn các kết nối với lưới điện.

Tua-bin gió ngoài khơi được sử dụng ở nhiều nước để khai thác nguồn năng lượng gió mạnh mẽ ngoài biển. Tiềm năng sức gió trên vùng biển ven bờ của Mỹ đủ để cung cấp hơn 4.000 GW điện, tương đương gấp bốn lần công suất phát điện của hệ thống điện hiện nay tại Mỹ. Mặc dù không phải tất cả các nguồn lực này sẽ được phát triển, nhưng điều này cho thấy một cơ hội lớn để cung cấp điện năng cho các thành phố ven biển đông dân cư.

Tiềm năng trong tương lai

Tua-bin gió là giải pháp độc đáo để khai thác năng lượng tại các khu vực dân cư cần nó nhất. Bao gồm tiềm năng gió ngoài khơi để cung cấp điện cho các khu dân cư ven biển, và tiềm năng gió trên đất liền để cung cấp điện cho các cộng đồng nông thôn, bên cạnh một số hiếm hoi các nguồn năng lượng địa phương có lượng khí thải carbon thấp hiện nay.

Yến Phạm (Theo energy.gov)