[Từ A-Z] Những điều bạn cần biết về điện gió, tuabin gió

Trong vài năm trở lại đây, chắc hẳn hình ảnh những cánh quạt gió khổng lồ xuất hiện dọc các bờ biển không còn quá xa lạ. Các cánh quạt này là thiết bị sử dụng để sản xuất ra năng lượng điện gió, vốn là một nguồn năng lượng sạch và đã được sử dụng rộng tãi tài khắp các quốc gia trên thế giới trong nhiều năm qua

Trong bài viết ngày hôm nay, hãy cùng kỹ thuật đo tìm hiểu chi tiết về năng lượng điện gió là gì? Có thể lắp đặt điện gió cho gia đình hay không, chi phí như thế nào? Hãy cùng tím hiểu trong bài viết hôm nay nhé

Điện gió là gì?

Điện gió có thể hiểu một cách đơn giản là nguồn điện được tạo ra từ năng lượng gió. Để làm được điều này? Con người thông qua một tuabin gió biến đổi động năng của dòng không khí thành năng lượng điện. Điện gió là một loại năng lượng tái tạo, hiệu quả, an toàn, không gây ô nhiễm môi trường là chìa khóa cho quá trình chuyển đổi năng lượng sạch cho các quốc gia.

• Điện gió trên bờ: loại điện này được sản xuất bằng cách khai thác gió từ các trang trại gió nằm trên đất liền. Để làm được điều này, bạn cần lắp đặt các tua-bin gió có khả năng biến đổi động năng từ gió thành điện năng phù hợp để sử dụng và gửi đến điện lưới
• Điện gió ngoài khơi: là năng lượng thu được bằng cách khai thác lực gió được tạo ra trên biển, nơi gió đạt tốc độ cao hơn và ổn định hơn so với trên đất liền do không có rào cản. Để tận dụng tối đa nguồn tài nguyên này, các tua bin gió ở biến thường có cấu trúc khổng lồ được lắp đặt cột trụ nằm dưới đáy biển và được trang bị những cải tiến kỹ thuật mới nhất.

Máy phát điện gió là gì?

Máy phát điện gió hay còn gọi là tuabin gió, đây là thiết bị có kích thước cực lớn dùng để biến đổi động năng của gió thành cơ năng và từ cơ năng chuyển thành điện năng để cung cấp điện cho sinh hoạt. Máy phát điện gió thường được thiết kế với các cánh quạt có khả năng đón gió hiệu quả để tối ưu khả năng chuyển hóa năng lượng

Cấu tạo của tuabin gió

Các tuabin gió sẽ được định hướng theo hướng gió và thu gió bằng các cánh quạt. Từ đó, lực của các luồng không khí sẽ khiến ba phần chính của tuabin gió chuyển động:

• Rôto: bao gồm ba cánh quạt và ống lót nối chúng lại với nhau, chức năng của nó là thu lực gió và biến nó thành năng lượng quay cơ học.
• Bộ nhân: được kết nối với động cơ bằng một trục, chức năng của nó là tăng tốc độ quay từ 30 vòng trên phút (vòng/phút) lên 1500 vòng/phút.
• Máy phát điện: bộ phận này có nhiệm vụ biến đổi cơ năng của quá trình quay thành năng lượng điện.

Phân loại máy phát điện gió 

• Máy phát điện gió trục ngang

Loại tuabin gió khi hoạt động trục quay của nó song song với luồng không khí được gọi là tuabin gió trục ngang hoặc HAWT (Horizontal-Axis Wind Turbine) . Tua bin gió trục ngang là loại tuabin hiệu quả nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trên toàn thế giới. Tua bin trục ngang chủ yếu được sử dụng để phát điện cho mục đích thương mại ở hầu hết các quốc gia trên thế giới

Tua bin gió trục ngang có hệ số công suất cao khả năng chuyển đổi điện năng hiệu quả. Mặc dù vậy, thiết kế của HAWT tương đối phức tạp và tốn kém hơn do cần hộp số và máy phát điện đặt trên đỉnh tháp và trọng lượng của nó cũng rất nặng

Các thành phần chính của một tuabin gió trục ngang bao gồm: cánh tuabin, trục, hộp số, máy phát điện, tháp, vỏ bọc, bộ điều khiển (để định hướng tuabin theo hướng gió).

• Máy phát điện gió trục đứng

Loại tuabin gió trong đó trục quay của tuabin và hướng chuyển động của dòng không khí vuông góc với nhau được gọi là tuabin gió trục đứng hay VAWT (Vertical-Axis Wind Turbine)

Một trong những ưu điểm chính của tua-bin gió trục đứng là chúng có thể nhận gió từ mọi hướng. Do đó, các tuabin này không yêu cầu cơ chế điều khiển lệch hướng để định hướng chúng theo hướng gió.

Ngoài ra, việc thiết kế một tuabin gió trục đứng tương đối ít phức tạp và ít tốn kém hơn vì trong trường hợp của các tuabin này, hộp số và máy phát điện được lắp đặt ở dưới cùng của tháp. Do đó, việc lắp đặt tuabin gió trục dọc đơn giản hơn so với tuabin gió trục ngang.

Tuy nhiên, máy phát điện gió trục đứng cũng có một điểm yếu là chúng không thể tự khởi động. Do đó, một cơ cấu khởi động được sử dụng để làm quay chúng từ vị trí đứng yên. Một nhược điểm lớn khác của tuabin trục đứng là chúng có hệ số công suất thấp. Các thành phần chính của một tuabin gió trục thẳng đứng điển hình là: tháp (đồng thời cũng đóng vai trò là trục rôto), cánh rôto, cấu trúc đỡ.

Bảng so sánh cánh quạt điện gió trục ngang và đứng

Sử dụng điện gió cho gia đình

Công suất máy phát điện gió phổ biến cho hộ gia đình

Là nguồn năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường và có thể sản xuất điện tự động bất kể ngày đêm miễn sao điều kiện thuận lợi nên điện gió ngày nay được nhiều hộ gia đình lựa chọn đầu tư lắp đặt để tự tạo điện năng cung cấp cho các sinh hoạt hằng ngày trong gia đình giúp tiết kiệm tiền điện mỗi tháng

Tuy nhiên, khi lắp đặt điện gió sử dụng cho hộ gia đình, bạn sẽ gặp một số vấn đề khó khăn như vị trí lắp đặt không thuận lợi, khu vực lắp đặt không hứng được gió do các công trình xung quanh dẫn đến hiệu suất điện mang lại không tối ưu như lý thuyết. Đó cũng là một trong những điều khiến điện gió không phổ biến bằng điện năng lượng mặt trời tại nước ta

Dù vậy, nếu bạn ở các khu vực có gió thổi thường xuyên như các tỉnh ven biển, trên các dốc núi hoặc đơn giản nơi bạn ở có thể đón gió liên tục thì điện gió có thể phát huy tối đa thế mạnh của nó. Dưới đây là một số công suất phổ biến của máy phát điện gió được dùng lắp đặt cho hộ gia đình

• Máy phát điện gió đứng 5kW

Trong hầu hết các loại công suất của máy phát điện gió thì 5kW được xem là công suất phổ biến và được nhiều người lắp đặt nhất vì nó có khả năng cung cấp năng lượng đầy đủ cho các sinh hoạt hằng ngày của hộ gia đình

Một điều cần lưu ý là máy phát điện gió công suất 5kW có trọng lượng 400kg và đường kính cánh quạt lên đến 5.2m. Do đó, để có thể vận hành được tua bin ở công suất này bạn cần phải lắp đặt trụ cao đến 8m, càng cao hơn càng tốt

Chi phí đầu tư khoảng: 120.000.000 vnđ ~ 140.000.000 vnđ

• Máy phát điện gió 1kW

Sau công suất 5kW thì 1kW cũng là công suất được các hộ dân khá ưa chuộng lắp đặt hay còn gọi là các máy phát điện gió mini loại này thường chỉ đủ cung cấp cho các thiết bị điện nhỏ lẻ trong nhà như đèn, quạt.. phòng hờ khi cúp điện hoặc sử dụng ít điện vào ban đêm

Tuabin gió mini thường được sử dụng kết hợp với điện mặt trời để cung cấp giải pháp điện toàn diện hơn. Nhược điểm của các loại mini này có khả năng chịu đựng lưu lượng gió thấp có nghĩa là với các luồng gió nhẹ như ở khu vực thành thị thiết bị có thể hoạt động ổn định, nếu lưu lượng gió lớn như ở các vùng cao, các vùng bão có thể làm hỏng tuabin nên cần phải tháo xuống khi gió quá mạnh để đảm bảo an toàn

Chi phí đầu tư khoảng: 30.000.000 vnđ ~ 35.000.000 vnđ

• Máy phát điện gió 3kW

Tương tự với các máy phát 1kW, máy phát 3kW cũng được sử dụng cho các mục đích cấp điện nhỏ như cho đèn, quạt, sạc pin điện thoại.. và cũng nên kết hợp với các nguồn điện khác như điện lưới, điện mặt trời để có thể cấp điện tốt nhất cho gia đình

Các máy phát điện năng lượng gió mini cỡ 3kW bắt đầu tạo ra các tiếng ồn có thể gây ảnh hưởng đến quá trình sinh hoạt, ở các khu dân cư yên tĩnh. Máy phát này có trọng lượng khoảng 250kg nên cần trụ đỡ vững chắc khi lắp đặt

Chi phí lắp đặt 3kW khoảng: 40.000.000 vnđ – 50.000.000 vnđ

• Máy phát điện gió 10kW

Quạt điện gió 10kW có kích thước tương đối lớn, trọng lượng cả trụ và cánh quạt lên đến 400kg kích thước lớn nên cần phải gia công vững chắc phằn trụ đỡ

Với quạt năng lượng gió có công suất 10kW bạn có thể làm sử dụng để cấp cho nhiều hoạt động sinh hoạt thường ngày như đèn, máy lạnh, nấu nướng… ngoài ra, bạn cũng có thể hòa lưới điện để cung cấp năng lượng dư, tạo thêm thu nhập cho gia đình

Chi phí lắp đặt 10kW khoảng: 180.000.000 vnđ – 200.000.000 vnđ

Như vậy, Kỹ Thuật Đo đã giới thiệu cho bạn một số dòng máy phát điện gió và ứng dụng cụ thể cho từng điều kiện nhất định, hy vọng có thể giúp bạn có thêm kiến thức cho việc đầu tư lắp đặt của mình

Quy trình sản xuất điện gió

Gió được sử dụng để sản xuất điện bằng cách chuyển đổi động năng của không khí chuyển động thành điện năng. Trong các tuabin gió hiện đại, gió làm quay các cánh quạt, chuyển đổi động năng thành năng lượng quay. Năng lượng quay này được truyền bởi một trục đến máy phát điện, để chuyển năng lượng quay cơ học thành năng lượng điện

Chi phí đầu tư điện gió là bao nhiêu?

Chi phí đầu tư máy phát điện gió phụ thuộc rất nhiều vào tổng khối lượng điện mà bạn muốn tạo ra và nguồn gốc xuất xứ của thiết bị

Ví dụ như dự án điện gió Hòa Bình 5 được xây dụng với quy mô công suất là 80MW sẽ có chi phí đầu tư là 3.700 tỷ động (theo Hacom holding), các hệ thống sản xuất điện càng lớn thì có chi phí đầu tư càng cao

Còn với việc lắp đặt và sử dụng cho hộ gia đình, chí phí lắp đặt đã được mình đề cập ở phần bên trên của bài viết. Mức giá đầu tư ước tính sẽ nằm trong klhoảng từ 30.000.000 vnđ ~ 200.000.000 vnđ tùy thuộc vào công suất lắp đặt

Các dự án điện gió lớn ở nước ta

Điện gió đầm nại

Công trình điện gió Đầm Nại có tổng công suất lắp máy 40 MW với 16 trụ tua bin, hàng năm cung cấp khoảng 110 triệu kWh điện cho lưới điện quốc gia. Các tua bin lắp đặt trên diện tích 9,6 ha tại vùng tứ giác xã Bắc Sơn, Bắc Phong (huyện Thuận Bắc) và xã Tân Hải, Phương Hải (huyện Ninh Hải).

Dự kiến hoạt động của dự án này vào năm 2018, toàn bộ 16 turbine của nhà máy điện gió Đầm Nại sẽ đi vào hoạt động. Các Tuabin gió của dự án được sản xuất bởi hãng Gamesa, mỗi turbine có công suất 2,6 MW, đường kính cánh quạt 114 m, là loại turbine gió lớn nhất Việt Nam hiện nay

Điện gió hòa bình 1

Dự án điện gió hòa 1 được thi công tại Huyện Hòa Bình tỉnh Bạc Liêu, được thiết kế với công suất 50MW, 13 trụ Turbine gió của hãng Vestas Đan Mạch mỗi trụ công suất 3,8MW-4,0MW cùng với hệ thống nhà điều hành, hạ tầng trạm biến áp đồng bộ hoàn chỉnh.

Tổng mức đầu tư của dự án này có giá trị 2.850 tỷ đồng, là một trong những dự án điện gió lớn nhất Việt Nam

Điện gió ba tri

Nhà máy điện gió V1-3 Bến Tre được khởi công vào tháng 4/2020, tại xã An Thủy, huyện Ba Tri, có quy mô 7 tua bin gió với với công suất 4,2 MW/tua bin, tổng công suất gần 30MW, dự kiến sản lượng trung bình hơn 105 triệu kWh/năm. Nhà máy điện gió này có tổng vốn đầu tư 1.500 tỷ đồng. Nhà máy được nghiệm thu vào ngày 21/6/2021, bắt đầu phát điện thương mại vào năm 2021

Hỏi đáp

Quạt gió cao bao nhiêu mét?

• Với các trụ điện gió lớn cung cấp điện ở Việt Nam, chiều cao trung bình thường hơn 100m. Tua bia gió cao nhất thế giới được ghi nhận có kích thước 280m
• Với các tua bin nhỏ sử dụng cho gia đình chiều cao thường khoảng 10m – 20m phụ thuộc vào công suất điện mà thiết bị cung cấp

Tài liệu máy phát điện gió

Hiểu được nhu cầu của các anh em kỹ thuật, trong bài viết này Kỹ Thuật Đo cũng sưu tầm một số tài liệu về cách làm máy phát điện gió mô hình cho em kỹ thuật có thể nghiên cứu thêm. Hy vọng rằng các tài liệu này sẽ giúp ít cho bạn

• https://www.utep.edu/couri/CHRES/_Files/K-12%20Modules/DIY_4-12_HomemadeWindmill.pdf
• https://www1.eere.energy.gov/education/pdfs/wind_basicpvcwindturbine.pdf
• https://www.wikihow.com/Build-a-Wind-Turbine
• https://www.etsy.com/market/wind_turbine_diy

Làm máy phát điện gió

• Các bạn có thể tham khảo thêm các link bài viết mà mình đã gửi ở câu hỏi “tài liệu máy phát điện gió” ngay bên trên nhé

Mô hình máy phát điện gió

• Là một trong những xu hướng năng lượng toàn cầu, các mô hình điện gió nhỏ đang ngày càng được ứng dụng nhiều hơn trong học tập, giáo dục. Các bộ mô hình quạt năng lượng gió đang được bán khá rộng rãi trên nhiều trang mạng xã hội như Shoppe, Lazada và các trang bán hàng online khác
• Ngoài ra, bạn cũng có thể tìm hiểu cách làm mô hình tua bin gió thủ công thông qua bài hướng dẫn trong trang web này https://www.utep.edu/couri/CHRES/_Files/K-12%20Modules/DIY_4-12_HomemadeWindmill.pdf

So sánh năng lượng gió và năng lượng mặt trời