khả năng thích ứng của hệ thống tuabin gió trong điều kiện bão ở việt nam giai đoạn hiện nay luận văn ths. biến đổi khí hậu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA SAU ĐẠI HỌC





VŨ DUY HÙNG



KHẢ NĂNG THÍCH ỨNG CỦA HỆ THỐNG TUABIN
GIÓ TRONG ĐIỀU KIỆN BÃO Ở VIỆT NAM GIAI
ĐOẠN HIỆN NAY



LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU












HÀ NỘI – 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA SAU ĐẠI HỌC




VŨ DUY HÙNG



KHẢ NĂNG THÍCH ỨNG CỦA HỆ THỐNG TUABIN GIÓ TRONG
ĐIỀU KIỆN BÃO Ở VIỆT NAM GIAI ĐOẠN HIỆN NAY





LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Mã số: Chƣơng trình đào tạo thí điểm

Người hướng dẫn khoa học: TS Ngô Đức Thành




HÀ NỘI – 2014

LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ,
giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của ngƣời khác. Trong suốt thời gian
từ khi bắt đầu học tập ở Khoa Sau đại học – Đại học Quốc gia Hà Nội, em đã nhận
đƣợc rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè.
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Sau đại học –
Đại học Quốc gia Hà Nội đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình truyền đạt cho
chúng em vốn kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại trƣờng. Và đặc biệt,
Khoa đã tổ chức cho chúng em đƣợc tiếp cận với các môn học mà theo em là rất hữu
ích đối với các học viên ngành Biến đổi khí hậu cũng nhƣ tất cả các học viên khác
trong khoa.
Em xin chân thành cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới Ts. Ngô Đức Thành, Bộ
môn Khí tƣợng, Khoa Khí tƣợng - Thủy văn và Hải dƣơng học, trƣờng Đại học Khoa
học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, đã tận tâm hƣớng dẫn em qua từng buổi học
trên lớp cũng nhƣ những buổi nói chuyện, thảo luận về lĩnh vực Biến đổi khí hậu, đặc
biệt là đề tài luận văn. Nếu không có những lời hƣớng dẫn, dạy bảo của thầy thì bài
luận văn này của em rất khó có thể hoàn thiện đƣợc. Một lần nữa em xin chân thành
cảm ơn thầy.
Luận văn đƣợc thực hiện trong khoảng thời gian 6 tháng với nội dung nghiên cứu
về “Khả năng thích ứng của hệ thống Tuabin gió trong điều kiện bão ở Việt Nam
giai đoạn hiện nay” thuộc chuyên ngành Biến đổi khí hậu, đây là một ngành mới của
Đại học Quốc gia Hà Nội đƣợc nhà nƣớc giao nhiệm vụ đào tạo, và là ngành duy nhất
trong khu vực Đông Nam Á. Biến đổi khí hậu là chƣơng trình mới cả về kiến thức,
phƣơng thức tổ chức, cách thức tiến hành và là lĩnh vực học thuật có tính liên ngành
cao, nội dung hàm chứa kiến thức tổng hợp của nhiều ngành thuộc nhiều lĩnh vực khác
nhau lần đầu tiên đƣợc tổ chức đào tạo bậc thạc sĩ ở Việt Nam. Do vậy, kiến thức còn
hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ của em không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc
chắn, em rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các
bạn học cùng lớp để kiến thức của em trong lĩnh vực này đƣợc hoàn thiện hơn.

Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô trong Khoa Sau đại học – Đại học Quốc
gia Hà Nội, Ban giám hiệu nhà trƣờng, đặc biệt là Gs. Ts. Hoàng Văn Vân cùng toàn
thể Khoa Sau đai học thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao
đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau và hoàn thành nhiệm vụ lớn
lao của trƣờng và nhà nƣớc giao phó.
Trân trọng!

Hà Nội, ngày 25 tháng 02 năm 2014
HỌC VIÊN
(Ký và ghi rõ họ tên)




Vũ Duy Hùng


MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT i
DANH MỤC CÁC BẢNG ii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iii
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG TUABIN GIÓ 5
I.1. CÁC HỆ THỐNG TUABIN GIÓ 5
I.2. TÌNH HÌNH BÃO Ở VIỆT NAM 28
CHƯƠNG II. PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41
II.1. CƠ SỞ DỮ LIỆU 41

II.2. PHƢƠNG PHÁP LUẬN 42
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 44
III.1. TÍNH TOÁN THỐNG KÊ TÌNH HÌNH BÃO VIỆT NAM 1950-2012 44
III.2. BẢN ĐỒ GIÓ MÔ PHỎNG GIÓ CỰC ĐẠI – KHẢ NĂNG THÍCH ỨNG
CỦA HỆ THÔNG TUABIN GIÓ 50
KẾT LUẬN 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO 59





i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

ATNĐ
Áp thấp nhiệt đới
GE
General Electric
GRADS
Grid Analysis and Display System
GW
Gigawatt
GWEC
Global Wind Energy Council
HAWT
Tuabin gió trục ngang
IEC
International Electrotechnical Commission
IGBT

Transistor GateBipolar
IPCC
Intergovernmental Panel on Climate Change
MW
Megawatt
NEDO
New Energy and Industrual Technology Development Organization
NetCDF
Network Common Data Form
NLTT
Năng lƣợng Tái tạo
PVN
Petrovietnam – Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam
PWM
Pulse-width modulation
REVN
Công ty Cổ phần NLTT Việt Nam
SRREN
Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change
Mitigation
VAWT
Tuabin gió trục đứng
W
Watt
WMO
Tổ chức khí tƣợng thế giới

ii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng I-1: Các tiêu chuẩn áp dụng thiết kế tuabin gió 22
Bảng I-2: Phân loại tuabin gió theo tốc độ gió và sự nhiễu loại 23
Bảng I-3: Hiện trang khai thác năng lƣợng gió ở Việt Nam 27
Bảng I-4: Bảng cấp gió và mô tả mức độ nguy hiểm 32
Bảng I-5: Tọa độ ranh giới phân vùng hoạt động của bão đối với Việt Nam 35
Bảng I-6: Ranh giới vùng biển gần bờ đối với Việt Nam 35
Bảng III-1: Tốc độ gió cực đại tuyệt đối trên các vùng bờ biển Việt Nam 47
Bảng III-2: Tần số bão phân theo cấp khu vực tính toán 48
Bảng III-3: Tốc độ gió cực đại theo các giai đoạn 52
Bảng III-4: Một số hãng tuabin gió lắp đặt ở Việt Nam hiện nay 53





iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình I-1: Hƣớng trục và số các cánh rotor 5
Hình I-2: Một số loại tuabin gió 5
Hình I-3: Tuabin gió downwind (trái) và upwind (phải) 6
Hình I-4: Các thành phần chính của tuabin gió trục ngang 7
Hình I-5: Nền móng của tuabin gió Enercon E-33 (trái) và E-70 (phải) 9
Hình I-6: Các lực tác động lên cánh quạt 10
Hình I-7: Tuabin gió trục ngang hiện nay 10

Hình I-8: Bộ điều chỉnh độ nghiêng cánh 12
Hình I-9: Minh họa điều chỉnh độ nghiêng cánh 13
Hình I-10: Minh họa điều chỉnh giảm tốc 14
Hình I-11: Công suất lắp đặt điện gió từ 1996-2012 24
Hình I-12: Cơ cấu, công suất điện gió thế giới đến năm 2012 25
Hình I-13: Hình ảnh bão NARI chụp từ vệ tinh MTSAT2 ngày 13-10-2013 29
Hình I-14: Hình ảnh quỹ đạo bão BEBINCA tháng 6, 2013 31
Hình I-15: Phân bố xoáy thuận nhiệt đới giai đoạn 1851-2006 33
Hình I-16: Phân vùng bão ảnh hƣởng đến Việt Nam 36
Hình I-17: Quỹ đạo các cơn bão xuất hiện ở Tây Bắc Thái Bình Dƣơng giai đoạn 1950
đến nay 37
Hình I-18: Quỹ đạo các cơn bão xuất hiện ở Việt Nam giai đoạn 1950 đến nay 38
Hình I-19: Tần số xuất hiện theo khoảng tốc độ gió giai đoạn 1950 đến nay 38
Hình I-20: Bão ở khu vực phía Nam (Việt Nam) giai đoạn từ 1950 đến nay 39
Hình I-21: Tần số xuất hiện theo khoảng tốc độ gió giai đoạn 1950 đến nay cho khu
vực phía Nam 39




iv
Hình I-22: Tốc độ gió lớn nhất năm tại một số trạm tiêu biểu (1961-2007) 40
Hình II-1: Định dạng số liệu “best track” 41
Hình II-2: Số liệu tái phân tích hiển thị trong phần mềm GrADS 42
Hình II-3: Phƣơng pháp tính toán 42
Hình II-4: Mô tả miền tính 43
Hình III-1: Số lƣợng bão từng năm ảnh hƣởng đến Việt Nam (1950 – 2012) 44
Hình III-2: Tần số bão phân theo các cấp ảnh hƣởng đến Việt Nam (1950 – 2012) 45
Hình III-3: Tần số bão theo cấp trên các vùng bờ biển Việt Nam (1950 – 2012) 46
Hình III-4: Tần số bão ảnh hƣởng đến các vùng bờ biển Việt Nam (theo tháng) 46

Hình III-5: Tần số bão trên khu vực biển Đông (1950 – 2012) 48
Hình III-6: Tốc độ gió cực đại từ số liệu Unisys và số liệu tái phân tích 49
Hình III-7: Mô phỏng tốc độ gió cực đại xuất hiện ở Việt Nam – biển Đông giai đoạn
1950-2012 50
Hình III-8: Tốc độ gió cực đại 30 năm trong giai đoạn 1950-1980 và 1982-2012 51
Hình III-9: Tốc độ gió cực đại 50 năm trong giai đoạn 1950-1999 và 1963-2012 51
Hình III-10: Biến thiên tốc độ gió trong cơn bão LOLA tháng 12, 1993 53
Hình III-11: Quỹ đạo của cơn bão LOLA tháng 12, 1993 54
Hình III-12: Biến thiên tốc độ gió trong cơn bão LUCY tháng 11, 1962 55
Hình III-13: Quỹ đạo của cơn bão LUCY tháng 11, 1962 55
Hình III-14: Các cơn bão có tốc độ gió cực đại trên 50 m/s đi vào Việt Nam 56
Hình III-15: Quỹ đạo và tốc độ gió cực đại cơn bão HARRIET tháng 7, 1971 57






1
MỞ ĐẦU
Các nguồn năng lƣợng tái tạo hiện đang đáp ứng khoảng 14% nhu cầu năng
lƣợng trên toàn thế giới, và đã sẵn sàng đóng một vai trò lớn hơn nữa trong việc cung
cấp năng lƣợng trong tƣơng lai
[14]
. Các công nghệ này cung cấp phần rất quan trọng
trong việc thích ứng với biến đổi khí hậu với chu kỳ phát thải khí nhà kính thấp nhất
so với than, dầu và các nhiên liệu khác. Chu kỳ phát thải khí nhà kính của năng lƣợng
tái tạo cực đại khoảng 120 gCO
2
eq/kWh, trong khi đó, năng lƣợng hạt nhân khoảng

230 gCO
2
eq/kWh, của dầu khoảng 1200 gCO
2
eq/kWh và của Than khoảng gần 1700
gCO
2
eq/kWh
[11]
. Trong các công nghệ đƣợc áp dụng cho phát điện thì năng lƣợng gió
xếp thứ hai sau thuỷ điện về công suất lắp đặt và tốc độ tăng trƣởng
[14]
. Theo thống kê
cho đến hết năm 2012, công suất thƣơng mại trên toàn thế giới khoảng 280 GW
[18]
.
Hệ thống phát điện từ gió đƣợc phát triển đầu tiên ở Châu âu và nó đƣợc thiết kế
dựa trên một tiêu chuẩn phù hợp với các nƣớc Châu âu
[10]
. Do ở Châu âu, không bị
ảnh hƣởng của xoáy thuận nhiệt đới nên các tuabin gió không đƣợc thiết kế có đủ khả
năng chống chịu lại với các cơn gió mạnh nhƣ là bão nhiệt đới. Ví dụ cho sự tác động
của xoáy thuận nhiệt đới lên hệ thống tuabin gió là trƣờng hợp của Nhật Bản. Vào
tháng 9 năm 2003, hệ thống tuabin gió ở Okinawa và đảo Miyakojima đƣợc lắp đặt từ
các tuabin gió đƣợc thiết kế theo tiêu chuẩn Châu âu bị phá hủy do phải hứng chịu sự
phá hoại thƣờng xuyên của xoáy thuận nhiệt đới
[17, 19]
.
Biến đổi khí hậu đang là mối đe doạ môi trƣờng lớn nhất đối với toàn nhân loại.
Ở Việt Nam, những năm gần đây, thiên tai và các hiện tƣợng khí hậu cực đoan nhƣ

bão, lũ, lốc, tố, lụt, triều cƣờng, hạn hán… dƣờng nhƣ xảy ra với tính chất dị thƣờng
hơn, gây nhiều thiệt hại cho sản xuất, đời sống ở những vùng bị ảnh hƣởng và việc dự
báo, phòng tránh trở nên khó khăn hơn. Biến đổi khí hậu làm tăng tần xuất và cƣờng
độ các hiện tƣợng khí hậu, thời tiết cực đoan, nhƣ nắng nóng, gió mạnh trong bão và
tố, lốc, mƣa lớn, ngập lụt, sạt lở đất, giông, sét, … và làm tăng điều kiện nóng ấm vốn
có của khí hậu nhiệt đới gió mùa, tác động đến độ bền của vật liệu xây dựng và các
công trình xây dựng.
Chịu tác động trực tiếp của biến đổi khí hậu, song lĩnh vực năng lƣợng tái tạo có
vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu thông qua các
giải pháp giảm nhẹ và thích ứng của bản thân các công trình. Việc cải tạo và xây dựng




2
mới những nhà máy điện mặt trời, điện gió, điện địa nhiệt, điện sinh khối… theo
hƣớng tiết kiệm tài nguyên, năng lƣợng, giảm phát thải nhà kính, thân thiện với môi
trƣờng có ý nghĩa thiết thực và lâu dài với chúng ta hiện nay và trong tƣơng lai. Đây là
một trong các giải pháp nhằm làm giảm nhẹ tình trạng trái đất ngày một nóng lên.
Những tác động nghiêm trọng nhất của biến đổi khí hậu vẫn có thể giảm nhẹ
đƣợc nếu chúng ta thực hiện đƣợc những nỗ lực nhằm chuyển đổi các hệ thống năng
lƣợng hiện nay. Các nguồn năng lƣợng tái tạo có tiềm năng lớn để thay thế sự phát thải
các chất khí gây hiệu ứng nhà kính từ quá trình đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch và do
đó làm giảm nhẹ sự biến đổi khí hậu. Nếu chúng ta thực hiện đúng thì các nguồn năng
lƣợng tái tạo có thể đóng góp cho sự phát triển kinh tế và xã hội, giúp chúng ta tiếp
cận tới nguồn cung cấp năng lƣợng an toàn - bền vững và làm giảm các tác động tiêu
cực đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời từ việc cung cấp năng lƣợng
[11]
.
Bão nhiệt đới là một trong những hiện tƣợng thời tiết nguy hiểm nhất, đặc biệt

đối với những nơi nằm trong vùng hoạt động của bão – xoáy thuận nhiệt đới nhƣ nƣớc
ta. Với tốc độ gió cực đại gần tâm, bão có thể trực tiếp gây nên những thiệt hại nặng
nề. Bão thƣờng kèm theo mƣa lớn có thể gây lũ lụt trên diện rộng và nƣớc dâng trong
bão. Đặc biệt, cùng với xu thế nóng lên của khí hậu toàn cầu, sức tàn phá và mức độ
nguy hiểm của bão cũng tăng lên
[9]
. Theo số liệu thống kê về bão trên thế giới từ năm
1851 đến năm 2006
[12]
, tính trung bình cho toàn cầu, số cơn xuất hiện ở vùng Tây-Bắc
Thái Bình Dƣơng chiếm tỷ lệ và cƣờng độ lớn nhất so với các vùng khác.
Đặc biệt, lãnh thổ Việt Nam nằm trong khu vực chịu tác động của bão và áp thấp
nhiệt đới Tây-Bắc Thái Bình Dƣơng, trong đó khu vực tần suất bão cực đại chuyển
dịch dần từ bắc xuống nam, từ vĩ tuyến 20˚N vào đầu mùa đến vĩ tuyến 10˚N vào cuối
mùa, theo quy luật bão trên biển Đông. Cùng với sự chuyển dịch này, số lƣợng bão
cũng giảm theo
[2]
. Bão ảnh hƣởng đến Việt Nam từ tháng 6 đến tháng 12. Tháng có
nhiều bão ảnh hƣởng là tháng 9, trong khi đó tháng 1, 2 và 3 rất hiếm khi có bão.
Trong hơn 50 năm qua (1954-2006) đã có 380 cơn bão và áp thấp nhiệt đới ảnh
hƣởng đến Việt Nam. Thiệt hại do bão và ATNĐ trong giai đoạn này: Bình quân mỗi
năm có 280 ngƣời chết và mất tích; thiệt hại về kinh tế khoảng 3.400 tỷ đồng/năm.
Theo thống kê nhiều năm, có tới 80 – 90% dân số Việt Nam chịu ảnh hƣởng của
bão
[1]
.

3
Những cơn bão mạnh đổ bộ vào đất liền trùng hợp với thời điểm triều cƣờng,
nƣớc biển dâng cao là tổ hợp thiên tai cực kỳ nguy hiểm, có sức tàn phá nặng nề đối
với khu vực ven biển; những cơn bão mạnh khi đi sâu vào đất liền ngoài sự tàn phá do
gió mạnh còn kèm theo mƣa lớn trên diện rộng và thƣờng gây ra lũ quét, lũ lớn, lụt,
úng ngập nghiêm trọng. Vì vậy, bão và lũ được coi là hai loại thiên tai phổ biến nhất
và nguy hiểm nhất đối với Việt Nam.
Tính đến nay (8/2013), ở Việt Nam đã có nhà máy điện gió ở huyện Tuy Phong –
Bình Thuận đi vào hoạt động, với công suất lắp đặt là 30 MW, sử dụng 20 tuabin gió
công suất 1,5 MW của hãng Fulander, do Công ty Cổ phần Năng lƣợng tái tạo Việt
Nam làm chủ đầu tƣ. Nhà máy điện gió Bạc Liêu với tổng công suất 16 MW (1,6 MW
x 10 hãng GE) hòa lƣới điện tháng 5/2013, do Công ty trách nhiệm hữu hạn Xây dựng
- Thƣơng mại và Du lịch Công Lý làm chủ đầu tƣ. Và nhà máy điện gió tại đảo Phú
Quí với tổng công suất 6 MW (2 MW x 3, hãng VESTAS) do Tập đoàn Dầu khí quốc
gia Việt Nam (PVN) đầu tƣ đã đi vào hoạt động tháng 8/2012. Các tuabin gió này
cũng đƣợc thiết kế theo tiêu chuẩn Châu âu và các tai nạn giống nhƣ ở Okinawa và
Miyakojima (Nhật Bản) cũng có thể xảy ra ở Việt Nam trong điều kiện biến đổi của
khí hậu.
Hiện nay, Chính phủ và Bộ Công Thƣơng đã ban hành một số thông tƣ, nghị
định nhằm phát triển năng lƣợng gió nhƣ:
Quyết định Ban hành Quy định về biểu giá chí phí tránh đƣợc và Hợp đồng mua
bán điện mẫu áp dụng cho các nhà máy điện nhỏ sử dụng năng lƣợng tái tại của Bộ
Công Thƣơng số 18/2008/QĐ-BCT.
Quyết định Phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 –
2020 có xét đến 2030 của Chính phủ số 1208/QĐ-TTg, trong đó thể hiện mục tiêu của
Chính phủ Việt Nam là ƣu tiên phát triển nguồn năng lƣợng tái tạo cho sản xuất điện,
tăng tỷ lệ điện năng sản xuất từ 3,5% năm 2010, lên 4,5% tổng điện năng sản xuất vào
năm 2020 và 6,0% vào năm 2030. Cụ thể, riêng đối với nguồn năng lƣợng gió, đƣa
tổng công suất nguồn điện gió từ khoảng 30 MW lên khoảng 1.000 MW (chiếm
khoảng 0,7% của tổng điện năng sản xuất) vào năm 2020, khoảng 6.200 MW (chiếm

khoảng 2,4%) vào năm 2030.




4
Thêm vào đó là Quyết định về cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án điện gió tại Việt
Nam của Chính phủ số 37/2011/QĐ-TTg, quyết định này càng khẳng định cho sự đầu
tƣ của chính phủ cho lĩnh vực năng lƣợng gió. Theo đó, các dự án gió sẽ đƣợc hƣởng
các ƣu đãi về vốn đầu tƣ, thuế nhập khẩu, thuế thu nhập doanh nghiệp và một số ƣu
đãi khác về hạ tầng đất đai
Các cơ chế hỗ trợ cũng nhƣ các văn bản pháp lý đang đƣợc Bộ Công Thƣơng xây
dựng và hoàn thiện. Hy vọng, trong thời gian không xa, các thủ tục và thông tin về
phát triển đến với nhà đầu tƣ sẽ rõ ràng và đầy đủ hơn và các nhà máy điện gió sẽ
đƣợc phát triển mạnh mẽ trong tƣơng lai không xa ở Việt Nam.
Với các lý do đã nêu ở trên mà đề tài luận văn đƣợc chọn có tên: „Khả năng
thích ứng của hệ thống Tuabin gió trong điều kiện Bão ở Việt Nam giai đoạn hiện
nay‟.
Dựa trên hiện trạng phát triển các hệ thống Tuabin gió của Việt Nam mà phạm vi
nghiên cứu của đề tài luận văn đƣợc giới hạn ở những khu vực mà Tuabin gió đƣợc lắp
đặt ở Việt Nam giai đoạn hiện nay. Khu vực đƣợc đánh giá trong luận văn tính từ tỉnh
Ninh Thuận – Bình Thuận đến Cà Mau.
Nôi dung của luận văn gồm có:
MỞ ĐẦU
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO

5
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG TUABIN GIÓ
I.1. CÁC HỆ THỐNG TUABIN GIÓ
Tuabin gió là một loại thiết bị chuyên dùng để chuyển đổi động năng của gió
thành điện năng. Tùy theo tiềm năng năng lƣợng gió, nhu cầu sử dụng thực tế, điều
kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội của từng khu vực mà có thể sử dụng các loại tuabin
gió khác nhau.
Các tuabin gió đƣợc phân loại dựa trên sự tƣơng tác giữa các cánh quạt với gió
trên phƣơng diện khí động lực học, sự định hƣớng của trục rotor so với bề mặt đất và
các loại động cơ khác với truyền thống hoặc các loại động cơ đặc biệt. Sự tƣơng tác
khí động lực học của các cánh quạt với gió thông qua lực cản, lực nâng hoặc cả hai lực
này (Hình I-1).

Hình I-1: Hƣớng trục và số các cánh rotor
Dựa vào trục quay của tuabin gió ta có thể chia tuabin gió thành 2 loại chính:
Loại trục đứng (VAWT – Vertical Axis Wind Turbine) và loại trục ngang (HAWT –
Horizontal Axis Wind Turbine) (Hình I-2).

Hình I-2: Một số loại tuabin gió
Các rotor của tuabin gió trục ngang HAWT cần đƣợc giữ vuông góc với dòng gió




6
để thu đƣợc năng lƣợng cực đại. Chuyển động quay của rotor này xung quanh trục

tháp đƣợc thực hiện bởi phần đuôi trên các rotor nhận gió từ phía trƣớc (upwind) hoặc
bởi dạng hình côn trên các rotor nhận gió từ phía sau (downwind) (Hình I-3). Dạng
hình côn là nơi mà các cánh tạo một góc so với mặt phẳng quay. Các tuabin gió trục
đứng có đặc điểm thuận lợi hơn các tuabin gió trục ngang là khả năng nhận gió từ bất
kỳ hƣớng nào. Tuy nhiên, sự bất lợi của tuabin gió trục đứng là do rotor của nó gần
mặt đất hơn so với tuabin gió trục ngang nên có sự biến đổi năng lƣợng trên mỗi phần
của rotor trong quá trình chuyển động.

Hình I-3: Tuabin gió downwind (trái) và upwind (phải)
Tuabin gió trục đứng có lợi thế nhƣ: Cấu tạo đơn giản, kích thƣớc của các bộ
phận không quá lớn nên lắp đặt và vận chuyển dễ dàng, độ bền cao, duy trì và bảo
dƣỡng đơn giản, thêm vào đó là có thể hoạt động bình đẳng với mọi hƣớng nên hiệu
quả sản sinh điện năng cao. Bên cạnh lợi thế đó còn có nhiều hạn chế làm kìm hãm sự
phổ biến rộng rãi của loại tuabin gió này nhƣ: Việc lắp đặt loại tuabin gió loại này chỉ
có thể lắp đặt đƣợc ở các vị trí thấp nhƣ mặt đất hoặc nóc các tòa nhà, tuabin gió phải
hoạt động trong điều kiện dòng không khí có nhiều xáo động, ở các độ cao này tốc độ
gió không cao do sự cản trở của địa hình nên năng lƣợng thu đƣợc rất thấp, đối với các
tháp cao nơi mà có tốc độ gió cao hơn thì lại rất khó lắp đặt. Để giữ cho hệ thống
tuabin gió trục đứng đứng yên cần phải sử dụng các dây chằng, các dây chằng này
đƣợc nối với đỉnh trụ để giảm áp lực hƣớng xuống mỗi khi gió giật.
Tuabin gió trục ngang là loại phổ biến hơn tuabin gió trục đứng. Loại tuabin gió
này thƣờng có 2 hay 3 cánh quạt, trong đó tuabin gió 3 cánh quạt hoạt động theo chiều
gió với bề mặt cánh quạt hƣớng về chiều gió đang thổi là phổ biến nhất.
Đối với các động cơ gió khác với các loại thông thƣờng hay các động cơ gió đặc
biệt đƣợc đánh giá, phân loại giống nhƣ các tuabin gió khác. Phân loại chính dựa theo
hiệu suất của hệ thống, yêu cầu về cấu trúc, chất lƣợng và các đặc trƣng của vật liệu.

7
I.1.1. Cấu tạo Tuabin gió
Đối với tuabin gió trục đứng, trục rotor chính có phƣơng thẳng đứng, chính điều
này mà máy phát và hộp số có thể lắp đặt gần mặt đất, vì vậy tháp đỡ không cần nâng
chúng và việc bảo dƣỡng sẽ trở nên dễ dàng hơn.
Đối với tuabin gió trục ngang, về cơ bản, một hệ thống chuyển đổi năng lƣợng
gió gồm có một tháp đỡ tuabin và rotor tuabin gió, trong đó rotor tuabin gió gồm có
trục và các cánh rotor
[16]
. Hầu hết các tuabin gió hiện đại là các tuabin gió trục ngang
với 3 cánh thƣờng đƣợc đặt theo chiều gió đang thổi tới tháp tuabin và vỏ bọc tuabin
(Hình I-4). Bên ngoài vỏ bọc thƣờng đƣợc trang bị các máy đo gió và một thiết bị chỉ
hƣớng gió (cờ chỉ hƣớng gió) để đo tốc độ và hƣớng gió. Vỏ bọc có chứa các thành
phần quan trọng của tuabin gió nhƣ hộp số, bộ phận phanh cơ khí, máy phát điện, các
hệ thống điều khiển, đĩa chỉnh hƣớng gió, Các tuabin gió không chỉ đƣợc lắp đặt rải
rác trên đất liền mà còn đƣợc lắp đặt tập trung lại nhƣ các trang trại gió với công suất
lên tới hàng trăm MW mà có thể đƣợc so sánh với các hệ thống phát điện hiện đại.

Nguồn: www.intechopen.com
Hình I-4: Các thành phần chính của tuabin gió trục ngang
Tuabin gió trục ngang có thể chia thành 2 loại chủ yếu sau: Thứ nhất là loại có
hộp số, đây là loại tuabin gió truyền thống và đã đƣợc cải tiến rất nhiều. Hiện tại loại
này chiếm phần lớn thị phần trên thế giới. Máy phát điện đƣợc nối với tuabin gió




8
thông qua hộp số để tăng vòng quay của máy phát điện. Tuy nhiên việc chuyển đổi
năng lƣợng gió từ tuabin gió qua máy phát điện phải qua hộp số vẫn gây các tổn thất

cơ học và độ ồn. Loại thứ 2 là loại không có hộp số, loại này mới xuất hiện gần đây, có
cấu tạo trục máy phát điện đƣợc nối trực tiếp với trục của tuabin gió nên tổn thất cơ
học nhỏ, điều khiển tự động rất linh hoạt, không gây tiếng ồn lớn, hiệu suất cao, chế
tạo đơn giản, nhỏ gọn.
Trên thế giới có các mô hình tuabin gió khác nhau nhƣng phần lớn chúng giống
nhau về cơ chế hoạt động hoặc có các thành phần có các chức năng rất giống nhau.
Dựa trên đặc trƣng này, các thành phần chính của hầu hết các tuabin gió có thể mô tả
chung nhƣ dƣới đây.
I.1.1.1 Tháp đỡ và nền móng của Tuabin gió
Một trong những bộ phận quan trọng nhất của tổ máy tuabin gió là tháp đỡ
tuabin. Việc lắp đặt một tuabin gió trên tháp đỡ càng cao thì sản lƣợng điện càng tăng
do càng lên cao tốc độ gió càng tăng. Lý do để lắp đặt tuabin gió càng cao càng tốt đó
là: Càng lên cao, ảnh hƣởng của địa hình xung quanh đối với tốc độ và hƣớng gió càng
giảm. Tuy nhiên, có những hạn chế cần đƣợc xem xét nhƣ độ cao của một tháp đỡ
nhƣ thế nào là phù hợp cho một ứng dụng cụ thể và các yêu cầu về kết cấu cần thiết để
đỡ đƣợc các tuabin gió, kể cả trọng lƣợng của tuabin gió là bao nhiêu, các loại lực gì
(gió lớn, tuyết, mƣa) sẽ tác động tới tuabin gió và duy trì trong thời gian bao lâu. Các
quy định/qui phạm theo vùng cũng đóng một vai trò trong việc đƣa ra các quyết định
về chiều cao tối đa cho phép lắp đặt tuabin.
Có rất nhiều loại tháp đỡ tuabin gió với các kích thƣớc khác nhau và một trong
các loại tháp đỡ chính đó là loại cột tháp. Tháp đỡ có thể đƣợc làm bằng thép hình trụ
hoặc thanh giằng bằng thép.
Thiết kế nền móng tuabin gió để đảm bảo sự ổn định của tuabin gió đối với tất cả
các điều kiện hoạt động của tuabin gió. Việc thiết kế nền móng tuabin gió không chỉ
phụ thuộc vào các điều kiện ổn định ở bên dƣới mặt đất mà còn phụ thuộc vào cả
những thay đổi của các điều điện thời tiết. Nhƣ vậy, để đỡ đƣợc trọng lƣợng và tải
trọng tĩnh khổng lồ của tuabin gió với nhiều tác động không lƣờng trƣớc là những vấn
đề, thử thách cực kỳ lớn, và vô cùng khó khăn đối với việc thiết kế nền móng tuabin

9
gió. Nền móng của tháp đỡ không phải đặt cố định mà có thể đƣợc đặt nghiêng hoặc
trồi lên. Móng cọc phải mở rộng từ 1/3 đến 2/3 so với độ cao của tháp trên mặt đất.
Điều này cần có những yêu cầu về khảo sát và nghiên cứu địa kỹ thuật tỉ mỉ để ƣớc
định các điều kiện tại vị trí cụ thể trong việc xác định nền móng. Đối với các thiết kế
nền móng tuabin gió ngoài khơi, nhất là các tuabin gió lắp đặt ở các vùng nƣớc sâu,
chi phí cho nghiên cứu, khảo sát lớn hơn rất nhiều so với nền móng của các tuabin gió
lắp đặt trên bờ.

Hình I-5: Nền móng của tuabin gió Enercon E-33 (trái) và E-70 (phải)
I.1.1.2 Rotor
Rotor là bộ phận quan trọng nhất của tuabin gió với nhiều cánh gắn với trục
chính. Nó là bộ phận chịu trách nhiệm thu năng lƣợng gió cơ học và chuyển năng
lƣợng này thành điện năng. Khi đƣờng kính của rotor tăng lên thì năng lƣợng gió thu
đƣợc sẽ tăng lên. Do đó, các tuabin gió thƣờng đƣợc thiết kế gần với một đƣờng kính
nào đó phù hợp với năng lƣợng gió dự tính.
Các rotor đƣợc thiết kế dựa trên nguyên lý khí động lực học lực cản và lực nâng.
Các rotor đƣợc thiết kế theo lực cản, hoạt động dựa trên ý tƣởng “đẩy” các cánh quạt
tạo nên chuyển động quay của rotor. Các tuabin gió này có tốc độ quay chậm hơn so
với các tuabin gió khác nhƣng công suất của mô men quay lớn tạo cho chúng có những
lợi thế đối với các ứng dụng bơm nƣớc. Với các rotor đƣợc thiết kế dựa trên lực nâng,
các cánh đƣợc thiết kế có chức năng giống nhƣ cánh máy bay. Mỗi cánh đƣợc thiết kế
tạo lực nâng khi gió tác động vào cánh. Các cánh này hoạt động dựa trên định luật cơ
bản Bernoulli với hình dạng cánh gây nên sự chênh lệch áp suất giữa bề mặt trên và bề
mặt dƣới của cánh, sự chênh lệch về áp suất này gây ra một lực hƣớng lên trên làm
nâng các cánh. Trong trƣờng hợp này, lực nâng là nguyên nhân làm cho rotor quay.

10

Hình I-6: Các lực tác động lên cánh quạt
a) Các cánh quạt
Các cánh quạt là một phần quan trọng và cơ bản của một tuabin gió. Thiết kế mỗi
một cánh quạt cũng ảnh hƣởng tới thiết kế tổng thể của rotor. Các cánh quạt có độ biến
dạng khác nhau và phải chịu đƣợc trọng tải rất lớn. Các cánh quạt lấy năng lƣợng gió
chuyển thành động năng thông qua chuyển động quay của trục. Biên dạng cánh của
cánh giống nhƣ các cánh máy bay. Các cánh của rotor tận dụng nguyên lý lực nâng.
Ngày nay, phần lớn các rotor có 3 cánh, một trục nằm ngang và đƣờng kính cánh dao
động từ 40 m đến 90 m. Việc sử dụng 3 cánh trong thiết kế rotor cho phép phân phối
khối lƣợng tốt hơn, chuyển động quay mƣợt hơn và ít gây tiếng ồn hơn.

Hình I-7: Tuabin gió trục ngang hiện nay




11
Chất liệu chính của các cánh quạt là các vật liệu tổng hợp đƣợc gia cố bằng các
sợi thủy tinh và sợi các-bon. Các lớp của cánh thƣờng đƣợc dán cùng với nhựa tổng
hợp epoxy. Gỗ, nhựa epoxy và hợp chất gỗ sợi epoxy không đƣợc sử dụng rộng rãi
trong quá trình chế tạo cánh rotor. Một trong các lợi thế chính của các cánh quạt làm
bằng gỗ là chúng có thể đƣợc tái chế. Hợp kim nhôm và sắt là những vật liệu nặng và
chịu độ mỏi của vật liệu, những vật liệu này thƣờng chỉ đƣợc sử dụng cho các tuabin
gió cỡ nhỏ. Nhìn chung, tất cả các cánh quạt đều đƣợc dựng lên giống nhƣ các cánh
máy bay.
b) Trục rotor

Trục rotor là bộ phận trung tâm của rotor mà các cánh quạt đƣợc gắn vào đó.
Trục rotor phần lớn thƣờng đƣợc làm bằng gang hoặc thép đúc. Trục rotor dẫn trực
tiếp năng lƣợng từ các cánh quạt vào máy mát điện. Nếu các tuabin gió có hộp số thì
trục rotor đƣợc kết nối tới trục truyền động tốc độ thấp, chuyển năng lƣợng từ gió sang
năng lƣợng quay. Nếu tuabin gió không có hộp số thì trục rotor truyền năng lƣợng trực
tiếp sang máy phát điện. Cánh quạt có thể đƣợc gắn với trục rotor theo nhiều cách
khác nhau: Hoặc là ở một vị trí cố định với một khớp nối, hoặc là nhƣ một con lắc.
Ngày nay, hầu hết các nhà chế tạo sử dụng một trục rotor cố định. Nó chứng tỏ đƣợc
độ bền, làm giảm số thành phần chuyển động lỗi và nó tƣơng đối dễ lắp ráp.
c) Điều chỉnh công suất của tuabin gió
Phần lớn các tuabin gió thƣờng đƣợc các nhà chế tạo thiết kế để tạo ra công
suất cực đại (công suất định mức) ứng với tốc độ gió tính toán (định mức) nằm trong
giới hạn từ 11 – 15 m/s (khoảng 40-54 km/h). Các tuabin gió thiết kế cho khoảng tốc
độ gió cao hơn tốc độ gió định mức 15 m/s là không nhiều do gió mạnh rất hiếm khi
xảy ra.
Trong trƣờng hợp gió mạnh hơn, cần thiết phải bỏ đi phần năng lƣợng gió dƣ
thừa đó để đảm bảo cho một mức năng lƣợng cực đại đƣợc duy trì ổn định để cấp lên
lƣới điện và do vậy cũng tránh đƣợc sự hủy hoại tuabin gió.
Các tuabin gió bắt đầu sinh điện tại tốc độ gió khởi động quanh giá trị 2,5-4 m/s
(khoảng 9-14 km/h) và tốc độ gió mà tuabin gió ngừng hoạt động là từ 25-34 m/s
(khoảng 90-122 km/h). Tốc độ gió cực đại (tốc độ gió còn lại) cao hơn ngƣỡng tốc độ




12
gió mà tuabin gió phải ngừng hoạt động, nằm trong giới hạn từ 40-72 m/s (khoảng
144–259 km/h) sẽ phá huỷ tuabin gió .
Các tuabin gió có 3 chế độ hoạt động:
- Hoạt động dƣới tốc độ gió định mức.

- Hoạt động quanh tốc độ gió định mức (thƣờng ở công suất định mức).
- Hoạt động trên tốc độ gió định mức.
Nếu tốc độ gió định mức bị vƣợt qua thì công suất phải đƣợc giới hạn lại. Do
đó, tất cả các tuabin gió đƣợc thiết kế với một sự điều chỉnh công suất mà đạt đƣợc
mục đích này và tránh tình trạng vƣợt quá. Có các cách khác nhau để đảm bảo độ an
toàn cho các tuabin gió này, cách đó là cách điều chỉnh độ nghiêng cánh và điều chỉnh
đuôi cánh.
Bộ điều chỉnh độ nghiêng cánh – Pitch control
Khái niệm điều chỉnh độ nghiêng cánh đƣợc xây dựng giữa những năm 1990 và
2000 và hoạt động bằng việc quay các cánh quạt vào trong hay ra ngoài hƣớng gió thổi
tới theo một quy luật điều chỉnh. Một thiết bị đo gió đƣợc đặt trên một đỉnh của vỏ liên
tục kiểm tra tốc độ gió và gửi những tín hiệu tới bộ phận dẫn động độ nghiêng cánh, từ
đó điều chỉnh góc các cánh để thu năng lƣợng gió với hiệu suất cao nhất.

Hình I-8: Bộ điều chỉnh độ nghiêng cánh
Các tuabin gió tiêu chuẩn hiện đại thƣờng nghiêng các cánh quạt khi có gió lớn
để ngăn cản tốc độ quay tăng lên tới mức độ nguy hiểm không thể kiểm soát. Khi độ
nghiêng cánh cần có sự tác động để chống lại mô men quay của cánh quạt thì nó cần
phải có một dạng điều khiển góc nghiêng nào đó, dạng điều khiển góc nghiêng đó
chính là thiết bị kéo quay tròn. Thiết bị này điều khiển một cách chính xác các góc




13
cánh trong lúc chống đỡ lại sức nặng rất lớn của mô men quay.

Hình I-9: Minh họa điều chỉnh độ nghiêng cánh
Nguyên lý làm việc của phƣơng pháp điều chỉnh độ nghiêng cánh là làm giảm tỉ
lệ giữa lực nâng so với lực cản thông qua giảm góc tới. Các cánh quay tránh gió khi

tốc độ gió quá lớn.
Có nhiều tuabin sử dụng các hệ thống thủy lực để điều chỉnh độ nghiêng cánh.
Các hệ thống này thƣờng chịu tải bằng lò xo, vì vậy, nếu công suất thủy lực hỏng, các
cánh tự động cụp lại.
Các tuabin khác thì sử dụng một động cơ điện phụ cho mỗi cánh để điều chỉnh độ
nghiêng cánh. Chúng có một ắc qui nhỏ dự phòng trong trƣờng hợp lƣới điện hỏng.
Một vài tuabin gió nhỏ (dƣới 50 kW) có độ nghiêng cánh thay đổi thƣờng sử
dụng các hệ thống hoạt động dựa trên lực li tâm mà không sử dụng bộ điều khiển điện
hoặc bộ điều khiển thủy lực.
Trong một tuabin điều chỉnh độ nghiêng cánh, bộ phận điều khiển điện kiểm tra
điện năng của tuabin một vài lần trên một giây, khi điện năng quá cao, bộ phận điều
khiển điện sẽ gửi mệnh lệnh tới bộ phận cơ khí điều khiển độ nghiêng cánh trực tiếp
làm nghiêng nhẹ các cánh quạt tránh hƣớng gió. Tƣơng tự nhƣ vậy, các cánh đƣợc
quay trở lại hứng gió bất cứ khi nào tốc độ gió giảm xuống. Do vậy, các cánh quạt
phải có khả năng quay xung quanh trục dọc cánh để nghiêng khi cần thiết.
Trong điều kiện hoạt động bình thƣờng (dƣới hay quanh tốc độ gió định mức) bộ
phận điều chỉnh thƣờng nghiêng các cánh lệch một vài độ trong mỗi lần gió thay đổi
để giữ các cánh quạt nằm ở góc tối ƣu, và để thu đƣợc điện năng cực đại ở tất cả các




14
tốc độ gió khác nhau.
Bộ điều chỉnh giảm tốc – Stall control
Khái niệm bộ điều chỉnh giảm tốc mà ở đó điện năng đƣợc điều chỉnh qua việc
giảm tốc các cánh quạt sau khi đạt đƣợc tốc độ quay định mức. Khi tốc độ quay của
rotor ổn định thì góc tới của các cánh tăng lên cùng với sự tăng lên của tốc độ gió. Khi
tốc độ gió tăng lên, các cánh bắt đầu giảm tốc, lực nâng giảm và lực cản tăng L/D tới
một tỷ lệ lực nâng và lực kéo giảm đi khi góc tới tăng lên, do đó làm giảm mô-men

xoắn của truyền động. Sự điều chỉnh khí động lực học của cánh tƣơng đối ít, điều đó
có nghĩa rằng cánh đƣợc thiết kế khá đặc biệt để việc giảm tốc xảy ra ở tốc độ gió định
mức với vị trí góc tới tối ƣu nhất (tỷ lệ L/D là giá trị rất nhạy cảm).
Trong các tuabin gió đƣợc điều chỉnh giảm tốc, các cánh đƣợc khóa cố định vào
một vị trí và không đƣợc điều chỉnh trong quá trình hoạt động. Thay cho các cánh
đƣợc thiết kế theo hình dạng khí động lực học để làm tăng sự giảm tốc, thì góc tới của
cánh so với hƣớng gió phải đƣợc chọn sao cho công suất của tuabin đạt cực đại và bảo
vệ đƣợc tuabin trong trƣờng hợp tốc độ gió tăng lên tới độ không thể kiểm soát đƣợc.
Khi tốc độ gió thực tế trong diện tích cánh tăng lên thì góc tới của cánh quạt cũng tăng
lên, cho tới tới điểm nào đó nó bắt đầu giảm tốc. Do vậy, để đảm bảo rằng ở trạng thái
tốc độ gió trở nên quá lớn có thể tạo ra những nhiễu động trên mặt sau của cánh quạt
và ngăn cản lực nâng cánh quạt từ những tác động của rotor.

Hình I-10: Minh họa điều chỉnh giảm tốc
Điều chỉnh giảm tốc dựa trên nguyên lý giảm tỉ lệ lực nâng so với lực cản thông
qua việc làm tăng góc tới. Điểm không thuận lợi là các cánh nằm nghiêng cố định để
bắt đầu giảm tốc khi tốc độ gió quá lớn, thêm vào đó là khi các cánh đƣợc giảm tốc sẽ




15
gây ra những rung động và nhiễu.
Giảm tốc làm việc thông qua sự tăng lên của góc mà tốc độ gió tƣơng đối đập
vào các cánh (góc tới) và nó làm giảm cƣờng độ lực cản. Sự giảm tốc đơn giản là do
bởi nó có thể xảy ra một cách thụ động (nó tăng lên khi tốc độ gió tăng), hay chủ động
(góc cánh quạt đƣợc điều chỉnh hay dƣợc đặt nghiên để tạo ra sự giảm tốc dọc các
cánh). Phƣơng pháp điều chỉnh sự giảm tốc chủ động cho phép điện năng đƣợc điều
chỉnh chính xác hơn phƣơng pháp điều chỉnh giảm tốc thụ động.
Những lợi thế chính của việc điều chỉnh giảm tốc đó là nó tránh đƣợc các bộ

phận chuyển động trong bản thân rotor và do đó một hệ thống điều chỉnh phức tạp từ
đó không có cùng độ phức tạp về cơ khí và về hoạt động giống nhƣ các tuabin gió điều
chỉnh độ nghiêng cánh. Các tuabin gió điều chỉnh giảm tốc thƣờng đƣợc cân nhắc về
độ tin cậy hơn so với các tuabin gió điều chỉnh độ nghiêng cánh. Mặt khác, sự điều
chỉnh giảm tốc đại diện cho một vấn đề thiết kế khí động lực học rất phức tạp và
những thách thức của thiết kế liên quan đến cấu trúc động lực học của toàn bộ tuabin
gió. Ví dụ, để tránh sự rung động của sự giảm tốc gây ra. Ngoài ra, các tuabin gió
đƣợc điều chỉnh độ nghiêng cánh thƣờng đƣợc quan tâm ít hơn về hiệu suất so với
tuabin gió đƣợc điều chỉnh giảm tốc. Khoảng 2/3 tuabin gió hiện nay đang đƣợc lắp
đặt trên thế giới hoạt động theo cơ chế điều chỉnh giảm tốc.
Các phƣơng pháp điều chỉnh điện năng khác
Một vài tuabin gió cũ sử dụng cánh liệng để điều chỉnh năng lƣợng của rotor.
Khả năng khác là làm trệch hƣớng phần nào đó của rotor so với hƣớng gió để giảm
năng lƣợng. Đây là công nghệ điều khiển bẻ lái hay còn gọi là điều chỉnh trệch hƣớng
mà trong thực tế chỉ đƣợc sử dụng cho các tuabin gió rất nhỏ (dƣới 1 kW), vì nó làm
cho rotor chịu ứng suất biến đổi theo chu kỳ mà có thể hủy hoại trực tiếp toàn bộ cấu
trúc của rotor. Thiết bị phanh của tuabin gió cỡ nhỏ cũng có thể đƣợc thực hiện bởi
việc trút năng lƣợng từ máy phát vào trong một bộ điện trở và chuyển đổi động năng
quay của tuabin thành nhiệt. Phƣơng pháp này có ích nếu tải động trên máy phát điện
đột ngột giảm hoặc nó quá nhỏ để giữ tốc độ của tuabin hoạt động trong giới hạn cho
phép của nó. Theo chu kỳ, phanh làm cho các cánh chuyển động chậm lại và làm tăng
hiệu ứng giảm tốc dẫn tới sự giảm hiệu suất của các cánh. Trong quá trình quay của




16
phƣơng pháp này, tuabin có thể đƣợc giữ ở một tốc độ an toàn mà vẫn duy trì đƣợc
điện năng định mức trong trƣờng hợp gió tăng. Công nghệ này cũng chỉ đƣợc sử dụng
cho các tuabin gió rất nhỏ và không thể đƣợc áp dụng cho các tuabin gió lớn.

I.1.1.3 Vở bọc động cơ với hệ thống truyền động và thiết bị khác
Vỏ bọc động cơ chứa tất cả cơ cấu, máy móc của tuabin gió, tức là hệ thống
truyền động gồm truyền động cơ khí (trục truyền động của rotor, các ổ bi và hộp số),
máy phát điện và các thiết bị khác giống nhƣ khớp nối điện tử, đĩa chỉnh hƣớng gió,
phanh cơ khí và hệ thống điều khiển và những thiết bị phụ trợ. Bởi vì vỏ bọc động cơ
cần quay để di động theo hƣớng gió nên có đƣợc kết nối với tháp đỡ thông qua các ổ
bi. Việc chế tạo vỏ cho thấy nhà chế tạo đã quyết định đặt hệ thống truyền động và các
thành phần khác nhƣ thế nào trên ổ bi.
a) Hệ thống truyền động
Truyền động cơ khí
Hộp số là thành phần chính của sự truyền động cơ khí. Do đƣờng kính khổng lồ
của cánh quạt mà rotor của tuabin gió cỡ lớn có khuynh hƣớng có tốc độ quay rất
chậm (thƣờng từ 18-50 rpm). Trong hầu hết các trƣờng hợp, tốc độ quay này không đủ
để hoạt động máy phát điện của chúng với hiệu suất cực đại (đối với hầu hết các máy
phát, tốc độ quay nằm trong giới hạn 1200-1800 rpm).
Giải pháp là sử dụng một hộp số truyền giữa trục ra của rotor và trục đầu vào
của máy phát điện để tốc độ rotor có thể đƣợc ăn khớp với tốc độ vòng quay phù hợp
theo yêu cầu của máy phát điện đối với mục đích sinh điện tối đa. Trong trƣờng hợp
máy phát điện đồng bộ đa cực đƣợc đấu với lƣới điện thông qua một bộ chuyển đổi
điện quy mô đủ lớn mà tách riêng toàn bộ hệ thống máy phát điện từ lƣới phụ, khi nó
có thể hoạt động ở tốc độ thấp thì hộp số có thể đƣợc bỏ qua. Do đó, cấu trúc không
hộp số là một giải pháp hiệu quả và đặc biệt có lợi và rất cần thiết cho các ứng dụng
ngoài khơi, nơi mà yêu cầu bảo dƣỡng thấp. Trong trƣờng hợp các tuabin gió có
đƣờng kính cánh quạt nhỏ hơn, hộp số truyền động giữa rotor và máy phát điện cũng
có thể đƣợc bỏ qua. Giảm đƣờng kính rotor dẫn đến độ dài cung mà rotor phải di
chuyển trên một vòng nhỏ hơn, nhƣ vậy, tốc độ quay đối với một tốc độ gió nhất định
của rotor có đƣờng kính cánh nhỏ hơn sẽ lớn hơn tốc độ quay của rotor có đƣờng kính