Tua bin gió trục ngang

Tua-bin gió trục đứng - một giải pháp công nghệ có tiềm năng.

Các nguồn năng lượng truyền thống dựa vào khai thác tài nguyên thiên nhiên đang dần cạn kiệt trong khi nhu cầu năng lượng trên thế giới ngày càng tăng, việc phát triển các nguồn năng lượng sạch thân thiện với môi trường ngày càng được chú trọng quan tâm từ các chính phủ các quốc gia trên thế giới. Điện gió là một trong những nguồn năng lượng sạch và đầy tiềm năng, tổng công suất lắp đặt, điện gió trên toàn thế giới đã đạt mức 743 MW vào năm 2020. Các trụ tua-bin gió và các trang trại tua-bin gió đang xuất hiện ngày càng

nhiều và trở nên quen thuộc. Những tháp tua-bin gió phổ biến hiện nay hầu hết là loại có trục quay của cánh quạt nằm ngang song song với mặt đất - horizontal axis wind turbine (HAWT). Kém phổ biến hơn tua-bin gió trục ngang là các tua-bin gió với trục thẳng đứng - Vertical axis wind turbine (VAWT).

Tua-bin gió trục đứng có nhiều ưu điểm so với tua-bin gió trục ngang truyền thống, đặc biệt là lắp đặt trong khu dân cư. Tua-bin gió trục đứng phù hợp với loại gió không ổn định, không giống như tua-bin gió trục ngang, phải đặt ở trên tháp cao để có thể tạo ra đủ điện.

Nghiên cứu chỉ ra rằng thiết kế tua-bin trục đứng hiệu quả hơn nhiều so với tua-bin truyền thống trong các trang trại, gió quy mô lớn và đặc biệt khi được đặt thành cặp, các tua-bin trục đứng sẽ tăng hiệu suất của nhau lên tới 15%.

Tua-bin gió trục đứng - một giải pháp công nghệ có tiềm năng thương mại hoá trong tương lai -

Các loại tuabin gió hiện nay.

Tua-bin gió trục đứng ngày nay chủ yếu dựa trên hai nguyên lý hoạt động: sử dụng lực cản hoặc sử dụng lực nâng của gió. Đại diện cho hai loại nguyên lý hoạt động này là tua-bin gió kiểu Savonius và kiểu Darrieus. Tua-bin Savonius có thiết kế đơn giản nhất và được cấu tạo bởi hai hoặc nhiều gầu bán trụ, sử dụng lực cản của gió làm quay trục thẳng đứng nối với các thiết bị phát điện. Trong khi đó tua-bin gió kiểu Darrieus bao gồm một trục thẳng đứng và các cánh quạt gió có hình cánh cung, với hai đầu của cánh được gắn vào đầu và cuối của trục quay thẳng đứng. Sự chuyển động của những cánh quạt này ngược với hướng gió tạo ra một lực khí động học tác dụng lên trục, làm cho cánh quạt quay.

Tuabin gió kiểu Darrieus sau này đã được cải tiến, phát triển thêm về hình dạng cánh để nâng cao hiệu suất, dẫn đến sự ra đời của tua-bin gió kiểu H-Rotor (hoặc H-Rotor Darrieus) với các cánh quạt thẳng đứng và kiểu Helix với các cánh quạt xoắn ốc. Tua-bin gió kiểu Darrieus có hiệu suất tốt hơn so với tua-bin kiểu Savonius khi đạt tốc độ quay cao hơn nhưng mô-men xoắn khởi động tua-bin lại thấp hơn. So với tua-bin gió trục ngang, các tua-bin gió trục đứng có thể bắt đầu hoạt động với tốc độ gió thấp hơn và không phụ thuộc vào hướng gió. Điều này giúp cho các tua-bin gió trục đứng được lắp đặt phổ biến tại những nơi diện tích nhỏ, khu dân cư, trên mái các tòa nhà với công suất chỉ từ vài kW đến vài trăm kW. Trong khi đó tua-bin gió trục ngang lớn với các cánh quạt vuông góc với hướng gió sẽ có hiệu suất cao hơn, tạo ra nhiều điện năng hơn với công suất từ 3 - 4 MW nhưng phải được lắp đặt trên cao và đòi hỏi diện tích sử dụng lớn hơn, tạo thành các trang trại điện gió rộng lớn. Để cạnh tranh với các tua-bin gió trục ngang, các nhà nghiên cứu, công ty sản xuất đã và đang nghiên cứu và thử nghiệm các loại tua-bin gió trục đứng có kích thước lớn hơn và có thể hoạt động với dải công suất tương đương với các tua-bin gió trục ngang lớn hiện nay.

Ngoài những ưu điểm nêu trên thì tua-bin gió trục đứng cũng có những khuyết điểm mà những khuyết điểm này làm tua-bin gió trục đứng ít phổ biến hơn so với tua-bin gió trục ngang đó là: hiệu suất quay kém dẫn đến hiệu suất phát điện thấp, tốc độ gió khả dụng thấp do thường lắp đặt dưới mặt đất, thường lắp tại các khu dân cư nên các thành phần dễ bị hao mòn do bị tác động bởi môi trường

xung quanh, hiệu quả chuyển đổi từ năng lượng gió thành năng lượng điện thấp hơn so với tua-bin gió trục ngang (trung bình từ 10 đến 40% so với 50%), phải có cơ chế tự khởi động do tốc độ gió thấp không dễ làm mô men quay.