Thử nghiệm phong điện ở Colorado: Tua-bin nhỏ mang ý nghĩa lớn

115

 

Một chuyên viên đang kiểm tra, đánh giá cánh quạt của tua-bin gió 3 MW của GE. Ảnh: Dennis Schroeder/NREL.

Chuỗi ngày nghiên cứu khoa học trong điều kiện khắc nghiệt với tốc độ gió có thể đạt tới 161 km/giờ đã mang lại nhiều thông tin chuyên sâu, đồng thời giúp thử nghiệm nhiều công nghệ mới cho GE.

 

Như người chiến binh già rời khỏi chiến trường khốc liệt, tua-bin gió 3 MW của GE hạ dần từ đỉnh xuống sườn Đông của dãy Rocky gần Boulder, Colorado sau 8 năm hoạt động. Ở đây, sức gió tăng dần và đôi khi đạt tốc độ 161 km/giờ, nhưng chính điều kiện khắc nghiệt này đã biến nơi đây thành địa điểm lý tưởng để đánh giá tua-bin gió.

Mẫu tua-bin này được Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) và GE thử nghiệm với nhiều công nghệ mới nhằm đẩy các thiết bị sản xuất phong điện tới những giới hạn mới. Trong nhiều năm qua, họ đã dùng nó để xác thực thiết kế cánh quạt mới, tìm kiếm giải pháp xử lý gió mạnh tốt hơn và phát triển phần mềm để tua-bin gió hoạt động hiệu quả hơn, thông minh hơn.

Những chuỗi ngày đánh giá căng thẳng đã hoàn thành vào tháng 5 vừa qua, mang lại nhiều thông tin chuyên sâu để cải tiến cho thế hệ sau của tua-bin GE vốn đang được sử dụng rộng rãi ở Mỹ, châu Âu và nhiều vùng khác trên thế giới.

“Từ một quá trình đánh giá chứng nhận ban đầu, tua-bin này đã trở thành nền tảng thử nghiệm cho những công nghệ mới,” Albert Fisas, giám đốc công nghệ tiên tiến tại GE Renewable Energy, nói về vai trò của tua-bin 3 MW này.

Khi phong điện chiếm tỷ trọng ngày càng cao trong cơ cấu năng lượng quốc gia, những cơ sở nghiên cứu như Trung tâm Công nghệ Gió Quốc gia thuộc NREL đặt gần Boulder là địa điểm quan trọng để kiểm chứng các công nghệ mới. Cơ quan Quản lý Thông tin Năng lượng thuộc DOE cho biết, 2019 có thể là năm đầu tiên sản lượng phong điện ở Mỹ vượt qua thủy điện. Cơ quan này cũng ước tính rằng từ năm 2018 đến 2022, các trang trại gió sẽ bổ sung thêm 54,2 GW vào tổng công suất phát điện.

Mẫu tuabin 3 MW mà Fisas lắp ráp, thử nghiệm và tháo dỡ vốn được Alstom thiết kế. GE đã mua lại mảng năng lượng của công ty này vào năm 2015. Kế hoạch ban đầu vào năm 2010 chỉ là hợp tác cùng NREL để chứng nhận tua-bin này đáp ứng các tiêu chuẩn của thị trường Mỹ. Nhưng sau khi quá trình chứng nhận thành công, nhóm của Fisas và NREL đã thỏa thuận giữ lại tua-bin này và dùng nó để thử nghiệm các công nghệ mới.

Suốt mấy năm sau, tua-bin đó đã giúp GE nghiên cứu và phát triển nhiều công nghệ hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong các tua-bin gió khác. Một trong những dự án nghiên cứu quan trọng là bộ giảm chấn (load damper). Chi tiết này giúp tua-bin ứng phó với những trận gió mạnh đột ngột có khả năng làm hư hại cột tháp. “Khi đánh giá trong thực tế, ta sẽ thu được nhiều thông tin hơn khi mô phỏng trên máy tính,” Fisas giải thích.

Cần hai cần cẩu để tháo một cánh quạt tuabin gió GE. Ảnh: Lee Jay Fingersh/NREL.

Bộ giảm chấn của tua-bin hoạt động giống như giảm xóc trên ô tô. Nó gồm ba thanh đỡ kim loại lớn, một đầu được bắt vít vào nền bê tông bên dưới và đầu còn lại gắn vào cột tháp tua-bin. Chiều cao của bệ đỡ bằng ⅓ chiều cao cột tháp. Khi gió làm quay cánh quạt và tạo lực tác động lên tua-bin, bộ giảm chấn sẽ hấp thụ các lực đó và giữ cho cột tháp ổn định.

Công nghệ này có ý nghĩa quan trọng với những tua-bin gió ngoài khơi, nhất là loại tua-bin siêu lớn như Haliade X – mẫu tuabin gió ngoài khơi có công suất 12 MW và sải cánh quạt 220 m. Bộ giảm chấn cho mẫu tua-bin ngoài khơi sẽ bảo vệ thiết bị trước các lực va đập từ gió, sóng và thủy triều.

Tua-bin 3 MW còn đóng góp vào một cải tiến quan trọng khác là ứng dụng hệ thống Lidar. Lidar là viết tắt của light detection and ranging (tạm dịch: phát hiện và đo khoảng cách tới mục tiêu bằng tia sáng).

Hệ thống này có thể đo khoảng cách qua việc chiếu tia laze về phía mục tiêu và đo các xung phản xạ. Cụ thể, Lidar có thể đọc được tốc độ gió 30 giây trước khi gió tác động trực tiếp lên tua-bin, sau đó truyền dữ liệu về phần mềm và giúp tua-bin tự động điều chỉnh để hấp thụ lực tác động lên nó. “Đây là một khoảnh khắc quan trọng khi kết quả của những đánh giá thực tế khớp với hiệu suất mô phỏng trên máy tính của mẫu tua-bin trên đất liền,” Fisas cho hay.

Tháng 6 vừa qua, GE đã kết thúc chương trình nghiên cứu tuabin 3 MW kéo dài 8 năm tại NREL. Các kỹ sư đã dùng cần cẩu lớn để tháo dỡ tua-bin: tháo từng cánh quạt rồi lấy hộp tua-bin xuống. Bên trong hộp là máy phát điện và các bộ phận khác của tua-bin.

Những người lính về với ruộng đồng sau chiến trận, còn với tua-bin 3 MW: cánh quạt của nó được chuyển về Mexico để quay máy phát điện mới, phần hộp được đưa về một trung tâm nghiên cứu phong điện của GE làm tài liệu đào tạo cho thế hệ chuyên viên vận hành tua-bin gió mới.

Fisas hiện đang sống tại Schenectady, New York và tập trung vào nghiên cứu tua-bin gió ngoài khơi. Với ông, quá trình tháo dỡ tua-bin vẫn để lại những dư âm buồn. “Tôi hạnh phúc vì được tham gia vào quá trình nghiên cứu đó. Vào ngày tháo dỡ phần cuối cột tháp, tôi đang tiếp đón 7 nhà khoa học của NREL tại Schenectady. Quá trình hợp tác sẽ vẫn được duy trì”.

Theo Dorothy Pomerantz

 

BÌNH LUẬN CỦA BẠN