Cấu tạo cơ bản của Turbin gió

Các Phần Chính của Turbin Gió

Tháp của Turbin Gió

Tháp là phần rất quan trọng của turbin gió hỗ trợ tất cả các phần khác. Nó không chỉ hỗ trợ turbin mà còn nâng turbin lên độ cao đủ để lưỡi dao của nó an toàn trong quá trình quay. Không chỉ vậy, chúng ta phải duy trì chiều cao của tháp, để nó có thể nhận được gió mạnh. Chiều cao của tháp cuối cùng phụ thuộc vào công suất của turbin gió. Tháp của turbin trong các nhà máy điện gió thương mại thường từ 40 mét đến 100 mét. Các tháp này có thể là tháp thép ống, tháp lưới, hoặc tháp bê tông. Chúng ta sử dụng tháp thép ống cho turbin gió lớn. Chúng thường được sản xuất theo từng đoạn dài từ 30 đến 40 mét.Mỗi đoạn có các flange với lỗ. Các đoạn như vậy được lắp ráp bằng đinh vít tại hiện trường để tạo thành một tháp hoàn chỉnh. Tháp hoàn chỉnh có hình dạng hơi nón để cung cấp sự ổn định cơ học tốt hơn. Chúng ta lắp ráp tháp lưới bằng các thành viên thép hoặc góc thép mạ kẽm. Tất cả các thành viên được bắt vít hoặc hàn lại với nhau để tạo thành một tháp hoàn chỉnh với chiều cao mong muốn. Giá thành của các tháp này thấp hơn nhiều so với tháp thép ống, nhưng về mặt thẩm mỹ thì không đẹp bằng tháp thép ống. Mặc dù vận chuyển, lắp ráp và bảo dưỡng khá dễ dàng, nhưng việc sử dụng tháp lưới vẫn bị tránh trong các nhà máy turbin gió hiện đại do vẻ ngoài thẩm mỹ. Có một loại tháp khác được sử dụng cho turbin gió nhỏ, đó là tháp cột guyed. Tháp cột guyed là một cột thẳng đứng được hỗ trợ bởi dây guy từ các phía khác nhau. Do số lượng dây guy, việc tiếp cận khu vực chân tháp trở nên khó khăn. Vì vậy, chúng ta tránh sử dụng loại tháp này trong các cánh đồng nông nghiệp.

Có một loại tháp turbin gió khác được sử dụng cho các nhà máy nhỏ, đó là tháp lai. Tháp lai cũng là loại tháp guyed, nhưng khác biệt duy nhất là thay vì sử dụng một cột ở giữa, nó sử dụng một tháp lưới mỏng và cao. Tháp lai là sự kết hợp giữa tháp lưới và tháp guyed.

Nacelle của Turbin Gió

Nacelle là một hộp lớn hoặc cabin nằm trên tháp và chứa tất cả các thành phần của turbin gió. Nó chứa máy phát điện, bộ chuyển đổi điện, hộp số, bộ điều khiển turbin, cáp, hệ thống điều chỉnh hướng.

Lưỡi Dao Rotor của Turbin Gió

Lưỡi dao là các phần cơ khí chính của turbin gió. Lưỡi dao chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng cơ học có thể sử dụng. Khi gió tác động lên lưỡi dao, lưỡi dao sẽ quay. Sự quay này chuyển năng lượng cơ học của nó sang trục. Chúng ta thiết kế lưỡi dao giống như cánh máy bay. Lưỡi dao turbin gió có thể dài từ 40 mét đến 90 mét. Lưỡi dao cần phải đủ chắc chắn để chịu đựng gió mạnh ngay cả trong bão. Đồng thời, lưỡi dao turbin gió cần phải nhẹ nhất có thể để giúp lưỡi dao quay mượt mà. Để làm điều đó, chúng ta chế tạo lưỡi dao bằng sợi thủy tinh và lớp sợi carbon trên nền tổng hợp.

Trong turbin hiện đại, thông thường ba lưỡi dao giống nhau được gắn vào hub trung tâm bằng đinh vít. Mỗi lưỡi dao giống nhau được căn chỉnh cách nhau 120o. Quá trình này tạo ra phân phối khối lượng tốt hơn và mang lại cho hệ thống sự quay mượt mà hơn.

Trục của Turbin Gió

Trục trực tiếp kết nối với hub là trục tốc độ thấp. Khi lưỡi dao quay, trục này quay với cùng tốc độ rpm với hub đang quay. Chúng ta kết nối trực tiếp trục này với máy phát điện trong trường hợp máy phát điện tốc độ thấp. Nhưng trong hầu hết các trường hợp, trục chính tốc độ thấp được kết nối với trục tốc độ cao thông qua hộp số. Bằng cách này, lưỡi dao rotor chuyển năng lượng cơ học của nó sang trục, cuối cùng đi vào máy phát điện.

Hộp Số

Turbin gió không quay ở tốc độ cao mà quay nhẹ ở tốc độ thấp. Tuy nhiên, hầu hết các máy phát điện yêu cầu tốc độ quay cao để tạo ra điện áp ở mức mong muốn. Do đó, phải có một hệ thống tăng tốc để đạt được tốc độ cao của trục máy phát. Hộp số của turbin gió thực hiện chức năng này. Hộp số tăng tốc độ lên giá trị cao hơn nhiều. Ví dụ, nếu tỷ lệ hộp số là 1:80 và nếu rpm của trục chính tốc độ thấp là 15, hộp số sẽ tăng tốc độ của trục máy phát lên 15 × 80 = 1200 rpm.

Máy Phát Điện

Máy phát điện là thiết bị điện chuyển đổi năng lượng cơ học nhận từ trục thành năng lượng điện. Thường, chúng ta sử dụng máy phát điện cảm ứng trong turbin gió hiện đại. Trước đây, máy phát điện đồng bộ được phổ biến cho mục đích này. Máy phát điện DC nam châm vĩnh cửu cũng được sử dụng trong một số turbin gió. Tốc độ của trục có thể được tăng lên bằng cách sử dụng hộp số, nhưng chúng ta không thể giữ tốc độ trục ổn định. Có thể có sự dao động trong tốc độ trục do nó phụ thuộc vào tốc độ gió. Do đó, tốc độ của rotor cũng thay đổi. Sự thay đổi này ảnh hưởng đến tần số, điện áp của điện năng sinh ra. Để khắc phục những vấn đề này, chúng ta thường sử dụng máy phát điện cảm ứng.

Bởi vì máy phát điện cảm ứng luôn sản xuất điện năng đồng bộ với lưới điện, bất kể tốc độ của rotor. Nếu chúng ta sử dụng máy phát điện đồng bộ ba pha, thì trước tiên chúng ta chỉnh lưu điện năng đầu ra thành DC và sau đó chuyển đổi nó thành AC với điện áp và tần số mong muốn bằng mạch inverter. Bởi vì điện năng xoay chiều sinh ra bởi máy phát điện đồng bộ không ổn định về điện áp và tần số, mà thay đổi theo tốc độ của rotor. Vì lý do tương tự, trong một số trường hợp, chúng ta sử dụng máy phát điện DC. Trong những trường hợp này, điện năng DC đầu ra từ máy phát được chuyển đổi thành AC với điện áp và tần số mong muốn, trước khi cấp cho lưới điện.

Bộ Chuyển Đổi Điện Năng

Vì gió không luôn ổn định, nên điện năng sinh ra từ máy phát điện cũng không ổn định, nhưng chúng ta cần một điện áp rất ổn định để cấp cho lưới điện. Bộ chuyển đổi điện năng là thiết bị điện ổn định điện áp xoay chiều chuyển đến lưới điện.

Bộ Điều Khiển Turbin

Bộ điều khiển turbin là một máy tính (PLC) điều khiển toàn bộ turbin. Nó khởi động và dừng turbin và chạy chẩn đoán tự động trong trường hợp có