Tua-bin chịu nhiệt cao cho sa mạc

100

Sa mạc không chỉ dồi dào nguồn điện mặt trời mà sắp tới, khu vực địa lý đầy thách thức này còn là nơi xây dựng các trang trại gió để sản xuất phong điện.

 

Một trang trại 13 tua-bin phong điện có công suất dự kiến 50 MW đang được xây dựng trên những đồi cát trải dài tại Dhofar, Oman. Ảnh: Getty Images.

Trong năng lượng tái tạo, sa mạc thường làm ta nghĩ tới điện mặt trời chứ không phải phong điện. “Sức nóng và cát khiến các loại tua-bin gió thông thường khó có thể hoạt động trong sa mạc,” Rebeca Calderon, giám đốc chương trình GE Renewable Energy tại Barcelona, cho biết.

Các linh kiện điện tử trong tua-bin dễ bị “cảm nắng” và sẽ dừng hoạt động khi nhiệt độ quá cao. Chính vì vậy, nhiều người cho rằng xây dựng một trang trại gió công suất 50 MW tại Oman là một “dự án dũng cảm”, bởi đây là một trong những quốc gia nóng nhất thế giới.

Nhiệt độ ở Oman luôn vượt quá 40℃. Vào mùa hè, bão cát diễn ra thường xuyên với những trận gió lốc dữ dội cao tới 1,6 km, tạo ra nhiều đám mây đen u ám có thể nuốt trọn cả một thành phố.

Trong điều kiện khắc nghiệt đó, Oman cần loại tua-bin siêu bền và dẻo dai giống như loài cáo sa mạc. Đó cũng là những gì Calderon và đồng nghiệp mang đến đây. “Chúng tôi đã điều chỉnh lại mẫu tua-bin tiêu chuẩn để chúng có thể vận hành trong vùng này,” Calderon cho biết.

Điều may mắn là khi điều chỉnh, họ đã xử lý được cả hai vấn đề là nhiệt độ và cát cùng một lúc. Đầu tiên, nhóm của Calderon cắt bốn lỗ hổng trong hộp tua-bin nằm trên đỉnh tháp, nơi chứa các bộ phận sản xuất điện như hộp số, máy phát điện và thiết bị điều khiển.

Tiếp đó, họ lắp đặt bốn bộ cửa chớp thanh chéo để che những lỗ hổng này. Thay vì sử dụng cửa chớp bằng kính như ở vùng nhiệt đới, nhóm kỹ sư sử dụng loại cửa chớp gỗ với bản lề kim loại. Loại cửa chớp này hoạt động như một bộ lọc, vừa giúp lưu thông không khí trong hộp tua-bin để làm mát, vừa chắn được cát do gió thổi vào. “Trong bão cát, cát bay khắp nơi, nhưng hệ thống này giúp luồng không khí từ đỉnh tua-bin được lọc sạch,” Calderon giải thích.

Tổng công suất phát điện của các tua-bin phong điện trên bờ do GE Renewable Energy lắp đặt trên toàn thế giới có thể đạt 60 GW. Ảnh: GE Renewable Energy.

Ngoài ra, họ còn sử dụng nhiều biện pháp chặn cát khác ở phần cột tháp. Họ lắp đặt nhiều bàn chải sắt nhỏ trong những khe hở giữa cột tháp và hộp tuabin; hệ thống này giúp chặn cát do gió thổi vào và khiến cát không thể đi vào sâu trong tua-bin. Nhóm kỹ sư cũng bổ sung thêm các cửa chớp chắn cát tại cửa tháp tua-bin.

Họ thiết kế như vậy vì những lỗ thông hơi đan chéo ở hai đầu tuabin còn giúp không khí lưu thông trong thiết bị và giảm nhiệt độ bên trong tua-bin. “Không có hệ thống làm lạnh nào cả, chúng tôi chỉ sử dụng lý thuyết đối lưu mà thôi,” Calderon cho biết.

Bên trong các tua-bin gió phải duy trì mức nhiệt dưới 55℃. Nhiệt độ cao hơn sẽ làm các linh kiện điện tử nhạy nhiệt dừng hoạt động. Mức nhiệt cao còn gây thiệt hại nặng cho tua-bin. Ví dụ, dầu bôi trơn cho hộp số dễ chảy hơn khi gặp nhiệt độ cao và do đó bánh răng sẽ bị mài mòn.

Tua-bin gió tiêu chuẩn có thể hoạt động hết công suất ở nhiệt độ tối đa là 35℃. Trong khoảng 35-40℃, công suất máy sẽ giảm và thiết bị sẽ dừng hoạt động khi nhiệt độ vượt quá 40℃.

Còn loại tua-bin do nhóm của Calderon điều chỉnh có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn tiêu chuẩn 5℃. Như vậy đã đủ cho Oman, nơi mà nhiệt độ tối đa vào mùa hè trung bình đạt 45℃.

Calderon cho biết mẫu tua-bin tự làm mát và thông hơi này có thể đạt công suất phát điện tối đa cho đến khi nhiệt độ bên ngoài chạm mốc 40℃ và vẫn tiếp tục sản xuất điện trong khoảng nhiệt độ 40-45℃.

Tua-bin này có thể vận hành cả trong cái nóng như lửa đốt vào giữa trưa ở Oman. Đây là tin tốt cho trang trại 13 tua-bin gió ở Dhofar, Oman. Theo dự kiến, cơ sở này sẽ sản xuất tối đa 50 MW khi đi vào hoạt động từ tháng 7/2019, bổ sung rất nhiều số điện cho Masdar, công ty xây dựng trang trại gió này và cả lưới điện quốc gia Oman.

Công trình của nhóm Calderon không chỉ giúp khai thác thêm điện năng mà còn mở rộng phạm vi sản xuất phong điện ra những khu vực đất trống, cằn cỗi ở Bắc Phi và Trung Đông. Vùng sa mạc rộng lớn này sẽ trở thành vị trí tiềm năng để đặt loại tua-bin chịu nhiệt và chống bão cát, theo Calderon.

“Nhờ thiết kế tua-bin mới này, nhiều vị trí trong những khu vực có điều kiện khí hậu khắc nghiệt tương tự có thể khai thác phong điện,” Calderon nói.

Đây không phải lần đầu tiên các kỹ sư của GE thiết kế lại tua-bin tiêu chuẩn để ứng phó với điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Đồng nghiệp của Calderon ở Barcelona cũng đang nghiên cứu một mẫu tua-bin gió có khả năng chịu bão.

Theo Chris Noon

 

BÌNH LUẬN CỦA BẠN