1 - Những vấn đề của công nghiệp điện gió truyền thống.

- Sự thiếu hụt các nhà máy điện sức gió:

- Giá thành của các máy phát điện sức gió tăng cao.

- Công suất của các máy phát điện sức gió bị giới hạn bởi kích thước và vật liệu chế tạo.

- Không có đủ các khu vực thuận lợi để lắp đặt các nhà máy điện gió.

- Ảnh hưởng đến môt trời xung quanh bằng tiếng động cơ , nhiễu điện từ trường.

Những vấn đề khó khăn có thể vượt qua đươc, nếu sử dụng các máy phát điện sức gió nếu sử dụng máy phát điên thế hệ mới.

Khái niệm của máy phát điện tua bin gió mới được xây dựng trên cơ sở những nghiên cứu khoa học tiên tiến nhất của các nhà khoa học Nga trong lĩnh vực thiết kế tên lửa, cho phép sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng sức gió hơn hẳn các máy phát điện sức gió truyền thống. Các máy phát điện tua bin thế hệ mới đã giải quyết hầu hết những vấn đề của máy phát điện sức gió.

Nguyên tắc cơ bản của công nghệ điện gió tiên tiến.

Khái niệm về một máy phát điên sức gió tua bin kín (CWT) được hình thành bởi một nhóm các nhà khoa học hàng đầu và các chuyên gia trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Những chuyên gia công nghệ này làm việc ở Arter Group. Cơ sở căn bản của máy phát điện sức gió tua bin kín được xây dựng trên các nguyên tắc nhiện động học, do đo, máy phát điện tua bin kín là thế hệ tiếp theo của các máy phát điện sức gió tua bin hiện đại. Máy phát điện trên nguyên tắc khác hoàn toàn so với các máy phát điện tua bin truyền thông từ hình dáng thiết kế bên ngoài cũng như các tính năng kỹ thuật của máy phát điện.

 
Trong các ống hút của máy phát điện tua bin kín một phần nội năng sẽ được chuyển thành động năng. Theo định luật bảo toàn năng lượng sẽ có hiện tượng giảm nhiệt độ từ 0,2 Сº đến 2 Сº (được thực nghiệm bởi Garrad Hassan), động năng trong lòng tua bin tăng đến 10 lần. Chu trình này đã tăng hiệu quả của hệ thống, đồng thời sử dụng tua bin thay cho cánh quạt đã loại bỏ vấn đề ô nhiễm tiếng ồn và sóng hạ âm.
 

1. Vỏ khí động học bên ngoài.

2. Vỏ khí động học trung tâm

3. Vỏ khí động học tua bin khí.

4. Vỏ khí động học tâm tua bin gió  

5. Tua bin cánh quạt  6. Máy phát điện

7. Trục quay máy phát điện sức gió.

Các máy phát điện gió tua bin kín với máy phát điện bên trong vỏ khí động học đơn giản hơn về cấu tạo và có độ tin cậy cao do các chi tiết phức tạp ít hơn. CWT chịu tải ít hơn và có nhiều ưu điểm trong quá trình khai thác sử dụng do khả năng chế tạo đồng bộ, dây chuyền, phù hợp với mọi nền công nghệp các nước đang phát triển.

Máy phát điện sức gió - là Thiết bị chuyển hóa động năng của gió trở thành cơ năng. Cơ năng sẽ chuyển hóa thành điện năng. Sức mạnh của gió tỷ lệ thuận với bình phương tốc độ của gió. Trong cấu trúc của máy phát điện sức gió mới được ứng dụng loại cổ hút nổi tiếng Laval. Máy phát điện sức gió tua bin kín cho phép tăng tốc độ gió lên hệ số f nếu so sánh với máy phát điện truyền thống. Tốc độ gió tăng lên làm tăng mức năng lượng trong dòng không khí. Như vậy, CWT đã sử dụng triệt để nguồn năng lượng của gió, bao gồm cả nguồn năng lượng nội hàm của gió. 

Hiện nay có khoảng 10 công ty trên thế giới nghiên cứu phát triển các máy phát điện sức gió kín (CWT). Những phát triển có tiềm năng là của công ty Mỹ FloDesign (Viện Công nghệ Massachusetts – MIT, USA). Mặc dù hình dáng bên ngoài tương đối giống nhau và các giải pháp công nghệ cũng tương đương giải quyết các bàu toán công của của máy phát điện tuabin kín, nhưng phát triển của FloDesign về nguyên tắc khác hoàn toàn so với công nghệ Arter.

Hai đăc điểm của giải pháp khác biệt:

1) Giải pháp tăng cường tốc độ dòng khí.  

2) Giải pháp truyển đổi cơ năng thành điện năng. Cho đến thời điểm này, phát triển của Arter đang ở cấp độ tiên tiến hơn hẳn phát triển của FloDesign.

Không khí - đó là gas. Tất cả các dạng vật chất, plasma, chất lỏng đều có nội năng, và nội năng có ngay trong gas và không khí. Vấn đề nằm ở điểm, bao nhiêu nội năng có thể được sử dụng? Công thức truyền thống xác định hiệu quả máy phát điện tua bin gió bằng động năng. Khác với các máy phát điện truyền thống, hệ thống phát điện theo nguyên tắc máy phát điện tua bin kín cho phép sử dụng không chỉ là động năng của không khí, mà còn sử dụng một phần nội năng của không khí (gas).  

 Những ưu điểm căn bản

Nếu so sánh về cơ bản, giá thành của máy phát tua bin điện gió truyền thống khá cao do sử dụng các loại vật chất đắt tiền: hộp số, vòng bi, vỏ hộp số, các bộ giá đỡ, bạc ống, sợi các bon, đồng thời di chuyển rất nhiều các bộ phận lớn từ thị trường vào các phần của máy phát điện tua bin gió chỉ với một công suất 2 Mw hoặc lớn hơn. Trong các máy phát điện tua bin kín không có những bộ phận đã nêu, hơn thế nữa kích thước của một máy phát điện CWT không lớn. Những ưu điểm kỹ thuật cho phép có thể sử dụng CWT trên nhiều khu vực khác nhau toàn cầu.

Đơn giản: Là một trong những tính chất nổi bật của phát phát điện sức gió kín. Trong CWT có số lượng các bộ phận thấp hơn nhiều so với các máy phát điện quy chuẩn, các bộ phận đều năm yên, loại trừ các quá tải về khối lượng tịnh và động. Các bộ phận quay của CWT như các cánh quạt tua bin tốc độ thấp và máy phát điện tốc độ thấp (khoảng từ 100 - 500 vòng/phút. Trên thế giới có rất nhiều các nhà thầu thứ cập có khả năng chế tọa được tất cả các chi tiết và bộ phận dành cho máy phát điện tua bin các kiểu loại. Có khả năng tổ chức được dây truyền sản xuất, tăng cường số lượng và chất lượng các thông số máy phát điện tua bin do cấu tạo thiết kế của máy phát điện rất đơn giản. Thời gian lắp ráp một máy phát điện tua bin sức gió chỉ có 2 ngày.

Không sử dụng cánh quạt : Máy phát điện tua bin gió kín không có các cánh quạt dài không bảo vệ, là một trong những chi tiết phức tạp và rất nguy hiểm của các máy phát điện thông thường. Đồng thời cũng loại trừ vấn đề vận tải và lắp đặt các cánh quạt gió, vốn rất khó và nguy hiểm.

Thông số thiết kế của các máy phát điện tua bin kín.

 Máy phát điện gió tua bin kín cho phép giải quyết các vấn đề  tồn tại của các máy phát điện thế hệ tua bin cánh quạt.

Khối lượng: nhỏ hơn nhiều so với các máy phát thông thường. Chuẩn khối lượng cho một Mw là 130 tấn, trong đó 82% được chế tạo từ thép. Các máy phát điện tua bin kín với công suất 1 Mw l, khối lượng nhỏ hơn 100 tấn. Mỗi một bộ phận hoặc chi tiết có thể thực hiện 2 hoặc nhiều nội hàm.

Kích thước: Theo kế hoạch dự án sẽ thiết kế tổ hợp các máy phát điện có kích thước không lớn thành các tập hợp máy phát điện, cấu trúc thiết kế sẽ không có các chi tiến liền khối có kích thước lơn như cánh quạt. Như vậy, theo lý thuyết công suất của các trạm phát điện là không có giới hạn.

Vận tải: Do kích thước của các máy phát điện sức gió tua bin kín, vấn đề vận tải đã được cải thiện rất nhiều, không quá khó khăn để vận tải và lắp đặt các máy phát điện gió tua bin kín.

 

Máy phát điện gió nhờ nhờ những tính năng kỹ thuật đặc biệt có thể cho phép lắp đặt các trạm điện ở các khu vực dân cư hoặc các khu vực đặc biệt của quốc gia như các khu vực bảo tồn, bảo tàng. Cũng có thể lắp đặt trên các khu nhà cao tầng, resort ven biển hoặc khu vực biên giới, hải đảo.

 

Những tính năng kỹ thuật cơ bản của máy phát điện sức gió module 100 kW. Công suất phát điện 100kW, Hiệu điện thế đầu ra 380V…460 V với tốc độ quay thông thường của rotor. Tấn số điện áp không quy định với vận tốc quay của rotor từ 80 - 600 vòng/phút trong chế độ nắn dòng thông thường. Tốc độ vòng quay trung bình của rotor - 200 đến 250 vòng/ phút với công suất là 100kW. Tốc độ góc không lớn hơn 600 vòng/ phút. Chế độ làm việc - S1(lâu dài); Cường độ âm thanh trung bình không lớn hơn - 85dBA , hiệu quả công tác η : 94%; Có thể lắp đặt liên tiếp hai tua bin trục hình trụ, máy phát điện được thiết kế trục ngang; Kích thước máy phát điện: đường kính 1750mm, chiều dài  550mm; Khối lượng 2400 kg. 

 

Những ưu điểm căn bản của máy phát điện :

 - Cấp độ công nghệ và độ tin cậy rất cao do không có các cuộn cảm ứng và vòng bán nguyệt công tắc; stator có cấu trúc thiết kế các cuộn dây rất đơn giản, cho phép có thể sản xuất riêng biệt và lắp đặt khi tổng hợp lắp đặt trang thiết bị cuối cùng; 

- Khả năng sửa chữa máy phát điện gió tua bin khí rất cao ngay cả trong những điều kiện môi trường phức tạp (nhiệt độ cao, áp suất không khí thấp, độ ẩm môi trường cao, nhiệt độ cao…); hiệu suất công tác rất cao do công suất cuộn dây khởi động thấp; máy phát điện gió tua bin có khả năng hoạt động cao do dài vận tốc quay của rotor rất rộng; điều chỉnh hiệu điện thế rất đơn giản và khả năng tạo ra được công suất tối cao từ các luồng không khí chuyển động.

 Tổ hợp các máy phát điện đồng trục van

 

Xuất phát từ những tính toán đơn giản, CWT là tổ hợp máy phát điện có hiệu suất công tác rất cao từ góc nhìn giá thành. Giá thành các máy phát điện giảm do chi phí tiêu hao trong quá trình sản xuất chỉ sử dụng các loại vật liệu có giá thành thấp, có khả năng thay thế cao, hoàn toàn có thể thiết lập các dây chuyền sản xuất, các trạm phát điện có thể lắp đặt ngay cạnh hoặc trong khu vực dân cư mà không gây ô nhiễm âm thanh môi trường, thực tế thử nghiệm cho phép sản xuất điện với giá thành khoảng từ $20-25 cho một  1MW/giờ, rẻ hơn gấp hai lần nếu so sánh với các máy phát điện sức gió truyền thống. Dây truyền sản xuất có thể cung cấp các bộ phận, chi tiết thông thường để cung cấp cho thị trường và để sản xuất điện..

 Thị trường đã từng bước chuyển sang nguồn nhiên liệu các bon thấp và các loại năng lượng khác, bảo tồn và sử lý nguồn năng lượng cũng như triển khai mạng lưới điện thông minh trong thể ký 21, nhận định chung cho thấy, nguồn năng lượng sạch tái tạo là một trong những khả năng quan trọng trong chiến lược ổn định năng lượng tương lai. Arter Technology đã mở ra một nguyên tắc cơ bản hoàn toàn mới của các máy phát điện, cho phép giải quyết các vấn đề kỹ thuật công nghệ đang còn tồn đọng của các máy phát điện tua bin gió hiện nay, hoàn thiện được tiến trình hiện đại chuyển hóa năng lượng gió tự nhiên thành năng lượng điện.

Những ưu điểm của công nghệ mới:

• Cho phép phát triển công nghệ điện gió theo hướng hiệu suất cao, phù hợp với mọi điều kiện địa hình, môi trường;

• Máy phát điện gió tua bin kín cho nguồn năng lượng có lợi nhuận cao hơn nhiều lần so với các máy phát điện cánh quạt thông thường;

• Máy phát điện gió tua bin kín không gây ô nhiễm môi trường. Không gây tiếng ồn và nhiễu xạ điện từ trường;

• Khả năng lắp đặt các trạm điện gió trong thành phố, thị trấn và các khu dân cư, có khả năng lắp đặt các trạm phát đơn ngay cả trong các vùng địa hình phức tạp, hiểm trở như các khu vực đồi núi ven biển, hải đảo có diện tích nhỏ, thậm chí nhà dàn;

• Trạm phát điện gió tua bin kín thực tế là một giải pháp có hiệu quả kinh tế cao trong lĩnh vực điện gió đối với tất cả các phân khúc khách hàng, thậm chí các đơn vị tiêu thụ sản xuất độc lập, đơn lẻ. Mở ra khả năng chế tạo cac thiết bị cung cấp điện độc lập trên các phương tiện cơ động.

Cho đến giai đoạn hiện nay, Apter Technology đang tiến hành nghiên cứu giảm thiểu kích thước các máy phát điện công suất lớn hơn 1MW+; Giai đoạn tiêp theo Arter Technology đề xuất với các nhà đầu tư và các đối tác tham gia vào tiến trình phát triển dây chuyền công nghệ sản xuất và lắp đặt các trạm phát điện sức gió bản địa. Apter Technology tuyệt đối tin tưởng công nghệ điện gió thế hệ mới sẽ là cuộc cách mạng làm thay đổi ngành năng lượng sức gió hiện nay.  (Minh Tú)