Một vòng là biết ngày: có gì trong nhà máy điện gió?

Năng lượng gió được coi là nguồn năng lượng xanh dồi dào và phong phú nhất hiện nay, nó có mặt ở mọi nơi. Hiện nay tại Việt Nam, với điều kiện địa lý thuận lợi bờ biển dài, lượng gió nhiều và phân bổ đều quanh năm. Đây sẽ là một dạng năng lượng được chú trọng phát triển ở hiện tại và tương lai. Để tận dụng nguồn năng lượng xanh này, người ta sử dụng sức gió nhằm quay các tuabin phát điện để sử dụng trong cuộc sống. Từ đó, các nhà máy điện gió hình thành để thực hiện việc chuyển đổi nguồn năng lượng gió thành nguồn điện cung cấp cho quốc gia.

image

Vậy các thành phần chính trong một nhà máy điện gió là gì?
1.Turbine gió

image
Đây là thành phần đặc trưng và chiếm tỉ lệ cao trong chi phí đầu tư toàn bộ hệ thống nhà máy. Hiện nay, phần lớn các nhà máy điện gió sử dụng loại tuabin điện gió trục ngang, có hộp số, 3 cánh quạt , dùng máy phát điện ba pha không đồng bộ nguồn kép (DFIG- Doubly Fed Induction Generator). Nguyên tắc hoạt động của tuabin điện gió là chuyển động năng của gió thành cơ năng và từ cơ năng chuyển thành điện năng thông qua máy phát.

image
Cấu tạo của một tuabin điện gió
Tuabin điện gió được cấu tạo từ các phần chính sau:

  • Hệ thống rotor (Phần quay): Là phần truyền chuyển động quay chính của tuabin điện gió với chức năng đón dòng gió làm xoay cánh quạt để chuyển thành cơ năng thông qua trục chính.

image
Hệ thống rotor gồm đùm và cánh quạt

Cánh quạt là một trong những bộ phận có vai trò quan trọng trong hệ thống rotor, có nhiệm vụ đón dòng gió để tạo lực nâng cánh làm quay tuabin. Dựa trên những nguyên tắc về khí động lực học, cấu hình của cách quạt được thiết kế thon và dài, bên trong thân cách rỗng, bề mặt cánh là những lớp nhựa tổng hợp và sơn bảo vệ cánh.

image
Cấu trúc bên trong cánh quạt tuabin điện gió

  • Nacelle (Thân máy): Gồm khung đỡ hệ thống quay của cánh quạt, trục chính của rotor, hộp số, máy phát điện và những bộ phận khác như tủ điện, hệ thống biến tần, hệ thống làm mát máy phát điện, hệ thống điều chỉnh tuabin theo hướng gió, bộ phận nối thùng với tháp đỡ… Tùy theo công nghệ sử dụng và nhà sản xuất nên hình dạng và kích thùng Nacelle cũng như các thành phần bên trong sẽ có các cách sắp xếp khác nhau.

image
Thùng Nacelle của Vestas

  • Tower (Tháp đỡ) và móng tháp:

Tháp đỡ: Là phần có khối lượng cao nhất trong tuabin điện gió. Càng lên cao tốc độ gió càng tăng, sự ma sát và xáo động gió ở trên cao cũng ít hơn dưới mặt đất. Nên việc nâng tâm cánh quạt lên cao sẽ nhanh đạt được công suất thiết kế. Tùy thuộc vào công suất tuabin mà có các loại tháp đỡ phù hợp: Tháp cột nhỏ (<250 kW), tháp lưới (<500 kW), tháp ống thép thường dùng cho các tuabin có công suất lớn trong các nhà máy điện gió hiện nay.

image image image
Tháp ống thép (trái), tháp lưới (giữa) và tháp cột nhỏ (phải)

Móng tháp: Nhiệm vụ của móng tháp là phải giữ tuabin điện gió không bị lún, không bị nghiêng và đứng giữ trong điều kiện gió cao (trên 56 m/s). Đối với điện gió trên bờ (Onshore) móng tháp nằm hoàn toàn dưới mặt đất, có thể được xây dựng theo hình vuông, hình lục giác, hình nhiều cạnh, hình sao hoặc hình tròn. Riêng các móng tháp tuabin điện gió ngoài khơi (Offshore) có độ phức tạp hơn nhiều so với tuabin điện gió trên bờ vì cần xét đến nhiều yếu tố: Chịu được mọi lực động (dynamic) và lực tĩnh (static) từ trọng lượng của tuabin trong mọi tốc độ gió, hướng gió, sóng, dòng chảy…

image image
Móng tuabin điện gió Onshore (trái) và Offshore (phải) điển hình

2. Trạm biến áp

Hiện nay, trong mỗi tuabin điện gió điều có 1 máy biến áp nâng điện áp ngõ ra của converter thường có giá trị là 690 V và 720 V (tùy nhà sản xuất) lên cấp điện áp 22 kV để truyền tải đi xa và tiếp tục qua một máy biến áp nâng lên cấp điện áp 110 kV hoặc 220 kV để đấu nối với hệ thống điện. Việc nâng điện áp lên sẽ giúp giảm được tổn thất trên đường dây trong quá trình truyền tải.

Cơ sở hạ tầng để đấu nối lưới điện ở đây là trạm biến áp, sẽ bao gồm các thiết bị bảo vệ, đo đếm và điều khiển.

3. Hệ thống giám sát và điều khiển – SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition-SCADA)

Hệ thống này cung cấp cho người vận hành những thông tin quan trọng của đối tượng cần quan tâm và cho phép thực hiện các lệnh điều khiển cần thiết về phía đối tượng để đảm bảo cho hệ thống hoạt động an toàn và có hiệu quả.

Để bảo đảm tuabin điện gió họat động hiệu quả, việc theo dõi và kiểm tra tình trạng của tuabin điện gió được thực hiện với sự hỗ trợ của hệ thống máy tinh và phần mềm được nối mạng chung với Đài Khí tượng, trạm biến thế và hệ thống lưới điện theo phương thức điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA.

image
Sơ đồ mạng lưới thông tin điển hình

Hệ thống điều khiển gồm những máy vi tính kiểm tra mọi tình trạng của Tuabin điện gió. Những tủ điện đặt trong thùng Nacelle ngoài hệ thống biến tần còn có công dụng điều khiển hệ thống chỉnh góc đón gió của cánh quạt, chỉnh tuabin theo hướng gió, chỉnh vận tốc số vòng quay của hệ thống cánh quạt theo tín hiệu về vận tốc và hướng gió từ thiết bị đo gió nằm trên thùng Nacelle. Hệ thống điều khiển còn có chức năng chỉnh công suất điện theo yêu cầu sản xuất cũng như chức năng đình chỉ tuabin họat động khi vận tốc gió lên quá cao.

Những chức năng khác không kém phần quan trọng là tự điều chỉnh tần số rung của hệ thống, theo dõi nhiệt độ của máy phát điện, hộp số và những thiết bị khác trong thùng Nacelle. Khi hệ thống điều khiển nhận được tín hiệu vượt quá thông số kỹ thuật cho phép, Tuabin điện gió phải tự động ngưng họat động để tranh hư hại.

Trên đây là các thành phần chính của một trạng trại gió. Bạn thấy nó đơn giản không? Tính ra chỉ vỏn vẹn vài thành phần nhưng toàn những phần quan trọng mà không thể một hai bài viết có thể trình bày hết được. Chúng mình sẽ cố gắng cung cấp nhiều thông tin hữu ích hơn trong các bài viết sau nhé.

TÁC GIẢ: Thành Đạt - Knowledge worth sharing

2 Likes

Cảm ơn các bạn đã chia sẻ bài viết tuyệt vời @TienNguyen @Thành Đạt

Bài viết bổ ích, hy vọng nhậm được thêm nhiều bài viết từ tác giả.

1 Likes