Chuyện của những cánh quạt khổng lồ

157

Tăng độ dài cánh quạt lên gấp đôi có thể làm tăng lượng năng lượng gió thu được gấp bốn lần, nhưng kích thước lớn cũng đem lại nhiều rắc rối.  

 

Nằm bên bờ Địa Trung Hải, vùng tây bắc tỉnh Castellón của Tây Ban Nha thu hút hàng ngàn khách du lịch mỗi năm. Các hang động ở đây chứa những hình họa cổ vô cùng phong phú từ thời đồ đá và đã được UNESCO công nhận là Di sản Thế giới. Chúng tồn tại qua hàng thiên niên kỷ nhờ có thời tiết khô nóng đặc trưng của khu vực. Cũng chính thời tiết này đã kéo nhà sản xuất cánh quạt tua-bin phong điện lớn nhất thế giới tới đây.

Thời tiết này rất thích hợp để bảo quản cánh quạt thành phẩm ngoài trời. Castellón lại nằm ở nơi tiện cho vận chuyển cánh quạt tới các nhà máy phong điện lân cận. 11 năm trước, LM Wind Power đã xây dựng một nhà máy trong thung lũng ngay phía dưới các hang động cổ. José-Luís Grau, người điều hành LM Wind Power từ những ngày đầu tiên, nhớ lại một thập kỷ trước, họ đã sản xuất những cánh quạt 37,3 m, dài bằng một phần ba chiều dài sân vận động Camp Nou của FC Barcelona. Con số tuy ấn tượng vào thời đó nhưng không thể so sánh với sản phẩm hiện nay của họ dài 73,5 m, hay sản phẩm trong tương lai gần là loại cánh quạt 107 m lắp cho tua-bin ngoài khơi mạnh nhất thế giới Haliade-X của GE Renewable Energy.

Độ dài cánh quạt tăng gấp đôi giúp thu được sản lượng năng lượng gấp bốn lần, từ 1,5 MW lên 6 MW. Tuy nhiên, kích thước to lớn cũng đem tới nhiều thử thách.

Ảnh trên và ảnh đầu trang: LM Wind Power đang sản xuất cánh quạt dài 73,5 m. Nguồn ảnh đầu trang: Nicanor Garcia. Nguồn ảnh trên: LM Wind Power.

Số công nhân của nhà máy đã tăng gấp đôi, từ 300 lên hơn 600 người chỉ sau hai năm. Họ được đào tạo trong 5 tuần trước khi bắt tay vào việc. Lắp ghép một cánh quạt cần hai ngày làm việc và đòi hỏi 100 con người thay phiên trực 24/24 phối hợp nhịp nhàng. “Mọi người phải làm việc liên tục không kể cuối tuần,” Grau nói. “Chúng tôi phải quản lý độ phức tạp cao cả về mặt quy trình, chất lượng, an toàn và cả về mặt con người nữa”.

Cánh quạt làm ra phải có chất lượng rất cao bởi sau khi rời nơi sản xuất, chúng sẽ phải đối mặt với những cơn gió mạnh quét qua Biển Bắc hoặc thời tiết khắc nghiệt cả ngoài khơi lẫn trong đất liền. Grau giải thích: “Khách hàng của chúng tôi đầu tư rất lớn vào những cánh quạt này. Chúng sẽ được lắp đặt ngoài khơi, cách bờ 30 km và chi phí giải quyết khi có lỗi xảy ra rất tốn kém. Khách hàng tin tưởng chúng tôi và kết quả chúng tôi sẽ mang lại”.

Từ lỏng thành rắn

Quá trình chế tạo cánh quạt là phép lai ghép thú vị giữa lao động đơn thuần và các công nghệ kỹ thuật số mới nhất. Trong trang phục bảo hộ Tyvek trắng từ đầu đến chân, nhân viên ở đây dùng robot và cảm biến để điều khiển hoạt động sản xuất. Họ chế tạo cánh quạt bằng những chiếc “bánh mỳ kẹp” làm từ vải thủy tinh và gỗ balsa. Họ trải vật liệu giống tấm thảm dài màu trắng vào bên trong các khuôn cánh quạt có hình dạng như nửa quả đậu khổng lồ.

Việc đó cần một nhóm nhân công phối hợp đặt vật liệu chính xác theo công thức, kết hợp chặt chẽ với một nhóm kiểm soát để đảm bảo mọi thứ đều đạt chuẩn trước khi chuyển giao cho nhóm tiếp theo. Nhóm này sẽ dùng lá kim loại bao phủ cánh quạt, gắn các ống để hút hết không khí, lắp hệ thống ống bơm và phết đều hàng lít nhựa tổng hợp đặc quánh như mật.

Nhiều cánh quạt sẽ đến Merkur, nhà máy phong điện có công suất 396 MW của Đức ở Biển Bắc. Nguồn ảnh: Finn Beales.

Duy trì lực hút ổn định là việc cực kỳ quan trọng vì nó đảm bảo lượng nhựa chảy vào cấu trúc máy chính xác. Nhóm điều khiển dùng mười hai cảm biến cho mỗi nửa cánh quạt để giám sát các điều kiện bên trong như áp suất, nhiệt độ và lực hút. Một nhóm khác phụ trách quan sát từ phía trên.

Khi lượng nhựa đưa vào hóa cứng, họ dùng cần trục để tháo bỏ lớp bọc bảo vệ cánh quạt. Một nhóm khác sẽ dùng cần trục gắn máy hút công suất lớn di chuyển các nửa cánh quạt đến một giàn khung khổng lồ, trông giống như bộ xương của một loài bò sát thời tiền sử.

Họ gắn vào đó một bộ phận quan trọng để hoàn thiện kết cấu, đóng khuôn đúc lại, nối hai nửa cánh quạt với nhau bằng sợi thủy tinh và nhựa tổng hợp. Trong suốt quá trình sản xuất, họ dùng laser chính xác cao để đảm bảo cánh quạt có hình dạng khí động học và độ cong chuẩn.

Tiếp theo, họ sơn thêm một lớp đặc biệt cho phần chóp của cánh quạt, vị trí có thể đạt tới tốc độ tối đa 300km/h. Lớp sơn này bảo vệ cánh quạt khỏi các hạt bụi và nước ở tốc độ gió tương đương bão mức 5. Cuối cùng, các công nhân sẽ gắn một que kim loại vào đỉnh cánh quạt để chống sét, thêm các gờ và bulông vào gốc cánh quạt để nó có thể gắn chặt vào trục quay tua-bin gió.

Các quản lý sử dụng cảm biến và dữ liệu để điều khiển mọi trạm sản xuất, cung cấp thông tin cho các phần mềm hiển thị hình ảnh mỗi bước thao tác trên các màn hình lớn tại nhà máy. Làm như vậy, họ có thể so sánh quá trình sản xuất với các nhà máy khác của LM Wind Power.  Elena Díaz-Albo Fernádez, kỹ sư trưởng tại nhà máy, cho biết: “Mỗi ngày chúng tôi đều chia sẻ thông tin với nhóm sản xuất và họp bàn để tìm cách tối đa hóa sản lượng và giảm thời gian sản xuất”.

Elena Díaz-Albo Fernádez, kỹ sư trưởng tại nhà máy. Nguồn ảnh: Tomas Kellner.

Bám sát và phân tích dữ liệu là gốc rễ của quá trình được Díaz-Albo gọi là “hoàn thiện không ngừng”. Họ thậm chí đã bắt đầu thử nghiệm công cụ thực tế ảo với một máy chiếu tương tác phía trên đầu để hướng dẫn công nhân trong quá trình chế tạo. Một dự án khác đang nghiên cứu việc gắn cảm biến vào các cánh quạt và điều chỉnh chúng trong khi vận chuyển. Nhờ đó, cánh quạt sẽ không phải chịu độ rung quá lớn trước khi được gắn vào tua-bin.

Vận chuyển những cánh quạt cồng kềnh là khâu then chốt nhưng cũng là khâu khó khăn nhất trong cả quá trình. Mỗi tuần, các công nhân phải di chuyển mười cánh quạt thành phẩm ra bãi cất giữ ngoài trời, nhấc chúng lên thùng moóc đặc biệt và chuyển bằng xe tải tới bến cảng ở Castellón de la Plana cách đó 30 km. Xe tải và thùng moóc dài tới 100 m. Nhóm Grau đã mất 13 tháng làm việc với chính quyền và ban quản lý cảng để tìm cách di chuyển cánh quạt đầu tiên tới cảng. Cách đây vài năm, một lần vận chuyển tốn gần năm giờ đồng hồ nhưng hiện nay, nhóm hậu cần đã tìm được cách giảm thời gian vận chuyển xuống 70 phút. Điểm đến cuối của nhiều cánh quạt sẽ là Merkur, nhà máy phong điện công suất 396 MW của Đức ở Biển Bắc, sử dụng tua-bin 66 GE Haliade 150-6 MW.

Grau hiện đã nghĩ đến dự án tiếp theo của LM Wind Power – những cánh quạt dài 107 m cho tua-bin Haliade-X 12 MW của GE. Cánh quạt này quá dài để vận chuyển bằng đường bộ, vì vậy LM Wind Power xây dựng nhà máy mới ở Cherbourg, Pháp. Nhà máy sẽ đi vào hoạt động vào năm sau.

Theo Tomas Kellner & Greg Petsche

BÌNH LUẬN CỦA BẠN