Phong điện chinh phục giông bão

141

Trong nỗ lực đưa phong điện phủ khắp thế giới, GE đang phát triển loại tuabin có thể hoạt động ở các khu vực giông bão mạnh.

Một nhân viên kỹ thuật của GE bảo trì tuabin gió gần Galati, Romania. Ảnh: GE Renewable Energy.

Giống như khu vực Bắc Đại Tây Dương, bão là một mối đe dọa thường trực với Nhật Bản, Philippines, Trung Quốc và các quốc gia khác thuộc Vành đai Thái Bình Dương. Chỉ riêng năm ngoái, khu vực này đã hứng chịu 11 trận bão nhiệt đới với sức gió mạnh đến mức có thể thổi tung xe cộ, làm bật rễ cây cối và thổi bay nóc nhà.

Bão cũng là kẻ thù của phong điện. Ở các đảo quốc như Nhật Bản, nơi phong điện đang tăng trưởng ổn định, bão gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc tiếp nhận và sử dụng phong điện. Trong bối cảnh đó, GE đang nghiên cứu giải pháp giúp các trang trại gió mới có thể tồn tại trước những cơn “cuồng phong thịnh nộ” của thiên nhiên.

Một tua-bin gió thông thường có thể chịu được sức gió khoảng 42.5 m/giây hay 153 km/giờ. Đây là tốc độ của những cơn bão cấp độ 1, giống như trận bão Nate càn quét khu vực Trung Mỹ năm ngoái. GE Renewable Energy đang thiết kế một tua-bin chịu được sức gió mạnh hơn thế.

Nhóm kỹ sư của GE ở Barcelona đang phát triển một loại tuabin đặc biệt, có mã số 4.2-117. Tuabin mới này có khả năng chống chịu những cơn bão dữ dội có sức gió lên tới 57 m/giây hay 205 km/giờ. “Đây không phải loại tuabin thông thường,” Ismael Hidalgo, quản lý dịch vụ kỹ thuật nội địa của ‎GE Renewable Energy ở Barcelona đồng thời là người dẫn đầu nhóm thiết kế, nói.

Tuabin gió của GE tại trang trại gió Ararat, Úc. Ảnh: GE Renewable Energy.

Nguyên tắc của tuabin gió là cánh quạt hoặc đường kính trục quay càng lớn, sản lượng điện càng cao. Ví dụ, mẫu tuabin 1.7 MW trên bờ của GE có đường kính trục quay là 100 m và có công suất 1,7 MW. Trong khi đó, mẫu tua-bin có cánh quạt dài 158m lại có sản lượng điện nhiều gấp 3 lần là 4,8 MW. Độ dài cánh quạt có ý nghĩa quyết định đến sản lượng điện.

Cánh quạt dài hơn thường tốt hơn vì chúng hoạt động như một chiếc cần gạt và có thể quay máy phát điện kể cả khi gió nhẹ. Được làm chủ yếu từ sợi thủy tinh nên cánh quạt tuabin có thể uốn cong và chịu được phần lớn tác động của thời tiết.

Giải pháp giúp tuabin chống bão có vẻ đơn giản và hiển nhiên, đó là … làm cánh quạt ngắn lại. Mẫu tuabin chịu bão 4.2-117 của GE chỉ có đường kính trục quay là 117m, độ dài theo Hidalgo là “rất quan trọng” trong việc giảm bớt tải trọng cơ học lên cột chống.

Việc tăng sức chống bão của tuabin cũng đòi hỏi phải tinh chỉnh kích thước của những bộ phận khác ngoài cánh quạt. Ví dụ, cột chống cần được làm từ loại thép dày hơn bình thường. Cột chống dày hơn giúp tuabin trụ vững như một cây gỗ cứng khổng lồ. Một mẫu 4.2-117 nặng khoảng 460 tấn, nặng hơn tuabin thông thường từ 100 đến 150 tấn.

Điều đặc biệt ở đây là dù có cánh quạt ngắn hơn, mẫu 4.2-117 vẫn đạt công suất ấn tượng 4,2 MW, chỉ kém 0.6 MW so với loại tuabin có cánh dài hơn nó 40 m. Hidalgo giải thích rằng sản lượng phong điện phụ thuộc vào diện tích quét của cánh quạt và tốc độ gió. Trong trường hợp của mẫu 4.2-117, những trận gió mạnh bất thường là yếu tố bù đắp cho độ dài cánh quạt.

Mặt khác, cánh quạt ngắn hơn cũng dễ vận chuyển hơn. “Đôi khi chúng tôi bị hạn chế bởi hệ thống cầu đường ở Nhật, nên cần loại cánh quạt có thể vận chuyển được tới khu vực trang trại gió,” Hidalgo nói. Kỹ sư này cũng nói thêm rằng để vận chuyển mẫu tuabin chịu bão đến vị trí lắp đặt, họ cần tới 9 xe tải.

Tuabin chống bão là một lựa chọn hợp lý cho Nhật Bản, nơi mùa bão bắt đầu từ cuối tháng 8 và kéo dài đến cuối tháng 10. Mỗi năm có khoảng 30 cơn bão lớn và bão nhiệt đới hình thành ở khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương, phần nhiều trong số đó thường đổ bộ vào Nhật Bản.

Không chỉ ở Nhật Bản, mẫu tuabin này còn có ích trong điều kiện bão lớn ở nhiều khu vực từ châu Á đến châu Mỹ. Tuabin 4.2-117 có thể hoạt động trong khu vực đồng bằng gió thổi dữ dội của Argentina, ở vùng Duyên hải Vịnh Mexico của Mỹ hoặc ở Ấn Độ.

GE bắt đầu lắp ráp một nguyên mẫu của loại tuabin chống bão tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia tại Hà Lan vào tháng 6 vừa qua. Tuabin sẽ được kiểm định dưới cường độ cao trong 6 tháng. “Chúng tôi đang thiết kế một tuabin có khả năng chống chịu những điều kiên thời tiết siêu bất thường,” Hidalgo cho biết. “Vì thế, chúng tôi sẽ mô phỏng những điều kiện khắc nghiệt đó để xem dữ liệu thu thập được có đáp ứng kỳ vọng không”.

Theo Chris Noon

BÌNH LUẬN CỦA BẠN