Năng Lượng Gió – Năng Lượng Gió Sinh Ra Như Thế Nào?

Năng lượng gió là gì?

Gió là một loại năng lượng được sử dụng từ rất lâu đời. Từ xa xưa cha ông ta đã biết dùng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm trên biển.

Gió là dạng năng lượng được sinh ra từ tự nhiên, nhờ sự di chuyển của không khí trong bầu khí quyển. Đây cũng chính là một dạng năng lượng gián tiếp của năng lượng mặt trời. Gió được hình thành nhờ kết quả của việc mặt trời và trái đất không cùng nằm trên 1 đường thẳng, trái đất quay xung quanh mặt trời và bị đốt nóng không đều trong khí quyển. 

Xem thêm: Dòng xoay chiều là gì? Vai trò của dòng điện xoay chiều

Năng lượng gió được sinh ra như thế nào? 

Năng lượng gió là quá trình mà gió sử dụng hoạt động di chuyển của mình để quay tuabin gió nhằm tạo ra năng lượng cơ học. Tuabin gió là thiết bị có chức năng chuyển hóa động năng thành cơ năng. Người ta dùng năng lượng gió để tạo ra điện, vận dụng sự chuyển động của các luồng không khí trong không trung để tạo ra các chuyển động. Tuabin gió có vai trò chuyển năng lượng gió thành điện năng.

Để có thể tạo ra điện năng, năng lượng gió đã tác động lên các cánh quạt của tuabin làm cho chúng quay. Khi đó, quá trình chuyển đổi năng lượng sẽ được diễn ra. Trục quay của tuabin được kết nối với máy phát điện nên thông qua đó năng lượng điện đã được tạo ra và truyền tải qua điện từ học.

Năng lượng gió dùng để làm gì?

Gió là nguồn năng lượng tự nhiên cực kỳ dồi dào, xanh và sạch đối với môi trường. Từ nhiều thế kỷ trước, con người đã biết cách tận dụng sức gió để phục vụ hoạt động sản xuất và tạo ra điện. Ngoài ra, năng lượng gió còn được dùng để tạo công cơ học thông qua các cối xay gió.

Trước khi diễn ra cách mạng công nghiệp, con người đã biết sử dụng sức gió cho nhiều hoạt động kinh tế ở trên đất liền. Người Hà Lan sử dụng quạt gió để làm cạn châu thổ sông Rhine nhằm lấn biển và mở rộng lãnh thổ của họ. Sau cách mạng công nghiệp, với sự phát triển nhanh chóng của ngành điện lực, con người đã thử dùng quạt gió để sản xuất điện.

Ý tưởng sử dụng năng lượng gió để sản xuất điện ra đời ngay sau khi các nhà khoa học phát minh ra điện và máy phát điện. Lúc đầu nguyên tắc hoạt động của cối xay gió chỉ được biến đổi nhỏ, thay vì chuyển đổi động năng của gió thành năng lượng cơ học thì sử dụng máy phát điện để sản xuất năng lượng điện. Sau đó, bộ môn cơ học dòng chảy tiếp tục phát triển nên các thiết bị xây dựng và hình dáng của cánh quạt cũng được cải tiến và chế tạo đặc biệt hơn. Hiện nay, người ta gọi đó tuabin gió.

Vì gió không thổi đều đặn nên để cung cấp năng lượng 1 cách liên tục, năng lượng điện tạo thành từ các tuabin gió chỉ có thể được sử dụng kết hợp cùng với các nguồn năng lượng khác như nguồn năng lượng mặt trời.

Theo AWEA (hội năng lượng gió Hoa Kỳ) thì trong năm 2009 Hoa Kỳ đã lắp đặt 9.922 MW công suất điện gió, tăng hơn 39% so với năm 2008 và nâng tổng công suất điện gió ở Hoa Kỳ lên đến 35.000 MW (công suất này tương đương với công suất của 35 lò phản ứng hạt nhân trung bình).

Việt Nam có hơn 3.000 km chiều dài bờ biển và khoảng 90% lãnh thổ của nước ta là đồi núi. Có ý kiến cho rằng tổng công suất điện gió của ta ước đạt 513.360 MW, bằng khoảng 200 lần công suất của Thủy điện Sơn La. Có thể chắc chắn rằng, địa thế của nước ta rất thuận lợi để khai thác năng lượng gió. Ngành nông nghiệp chiếm hơn nửa tổng số lao động của cả nước, sử dụng sức con người và súc vật là chính. Một số nơi sử dụng động cơ máy nổ và máy điện. Nên đây chính là thị trường lớn cho máy bơm nước chạy bằng sức gió cần sớm khai thác và phát triển.

Các loại tua bin gió

Tuabin gió hay còn được gọi là cối xay gió, đây là thiết bị rất quen thuộc hỗ trợ cho quá trình tạo ra năng lượng gió và sinh ra nguồn điện. Thiết bị này lần lượt xuất hiện ở Anh, Mỹ và được đưa vào hoạt động từ năm 1887. Tuy nhiên, Đan Mạch mới là quốc gia sản xuất được năng lượng gió hiện đại đầu tiên. Các trục của tuabin gió cũng được ra đời từ Đan Mạch.

Hiện nay, tua bin gió có 2 loại chính đó là:

• Tua bin gió trục ngang: Đối với loại này, người dùng phải sử dụng cánh tua bin ngang  để giúp thu được gió ở năng lượng tối đa. Hiệu suất tối đa của nó cao hơn trục đứng. Loại tua bin gió trục ngang là dạng được sử dụng phổ biến. Có 2 hoặc 3 cánh quạt với bề mặt cánh quạt hướng về chiều gió đang thổi. Dạng tua bin gió này rất dễ lắp đặt và bảo trì. Chủ yếu được dùng cho mục đích gia đình. 
• Tua bin gió trục đứng: Theo đánh giá chung của các chuyên gia, đây là loại tua bin gió không ổn định. Bởi nếu lắp đặt ở địa hình thấp thì lượng điện tạo ra sẽ yếu. Không cần dùng bộ phận điều hướng thì quạt vẫn có thể quay ở bất kỳ hướng gió nào. Ưu điểm của tua bin gió trục đứng là dễ lắp đặt trong khu dân cư hay nơi chật hẹp. Tuổi thọ của dạng tuabin gió này cao hơn so với trục ngang. 

Nguyên lý hoạt động của tua bin gió

Thực chất, tua bin gió hoạt động rất đơn giản. Mỗi tuabin được trang bị 2 hoặc 3 cánh quạt, các cánh quạt này quay xung quanh 1 rotor. Khi đó, rotor được nối trực tiếp với trục chính sẽ truyền động làm trục máy phát quay để tạo ra điện. 

Tuabin được lắp đặt trên trụ cao nhằm thu được năng lượng gió tối đa. 30m là độ cao thuận lợi nhất để lấy được tối đa năng lượng gió. Bên cạnh đó, các luồng gió thu ở độ cao này thường đều nhau không xảy ra tình trạng bất thường. Người ta dùng tua bin gió để cung cấp điện cho dân dụng hoặc công trình xây dựng. Chúng có thể kết nối lại với nhau như 1 mạng điện để phân phối lưới điện với quy mô rộng hơn. 

Công suất của tua bin gió 

Công suất tạo ra điện của tua bin gió có thể tăng theo thời gian. Lượng điện mà mỗi hệ thống tua bin gió hoạt động có thể tạo ra khoảng từ 100KW đến vài MW. Nếu kích thước của tua bin gió lớn thì chi phí sẽ cao và thường được lắp đặt ở những vị trí cố định, riêng biệt. Chẳng hạn như các cánh đồng tua bin gió chuyên cung cấp lưới điện cho toàn bộ 1 khu vực dân cư nhất định.

Hiện nay, công suất tua bin nhỏ nhất là dưới 100KW, thường được sử dụng trong các gia đình. Bên cạnh đó, nó còn có thể cung cấp điện duy trì hoạt động của cáp truyền thông hay máy bơm nước. Trong 1 số trường hợp nhất định, tua bin gió sẽ được liên kết với các máy phát điện hoạt động bằng dầu diesel, các pin và hệ thống pin quang năng. Lưới điện này phù hợp để cung cấp điện cho những địa điểm khó khăn hoặc vùng sâu vùng xa.

Xem thêm: Điện trở là gì? Ký hiệu, phân loại, nguyên lý hoạt động điện trở

Ưu nhược điểm của năng lượng gió

Ưu điểm của năng lượng gió 

Từ 5.000 năm trước Công nguyên, gió đã có tác dụng trong chế tạo thuyền buồm. Các thủy thủ là những người đầu tiên tìm ra cách di chuyển trên biển dễ dàng hơn, đặt nền móng cho sự hiểu biết của con người về các khái niệm quan trọng như động lực học, lực nâng. Bắt đầu từ những chiếc cối xay có cánh, các nguyên lý này đã trở thành chìa khóa cho những sự đổi mới tiếp theo, mở màn cho cuộc cách mạng tự động hóa các hoạt động tốn sản xuất trong nông nghiệp. Dưới đây là những ưu điểm của năng lượng gió:

Có thể tái tạo

Gió là nguồn tài nguyên tự nhiên vô hạn và sẽ không bao giờ cạn kiệt. Công nghệ sẽ được cải tiến và các tua bin gió hiện tại sẽ được thay thế bằng những thiết bị tốt hơn, tuy nhiên gió sẽ luôn ở đó. Gió là một nguồn năng lượng sạch, thân thiện và có thể tái tạo.

Tiết kiệm chi phí

Với nguồn năng lượng gió miễn phí, các tua bin gió trên đất liền có thể sản xuất những loại điện rẻ nhất trên hành tinh. Theo văn phòng Năng lượng hiệu quả & Năng lượng tái tạo, chỉ từ 1 – 2 cent cho mỗi kilowatt – giờ (kWh).Và đặc biệt năng lượng gió từ các trang trại gió sản xuất được bán trong 1 thời gian dài với giá cố định, không có sự thay đổi bất thường gây ảnh hưởng đến nguồn điện sản xuất bằng nhiên liệu hóa thạch.

Hiệu quả về vị trí không gian

Các tua bin gió ngày càng to hơn và hiệu quả hơn trong khi vẫn duy trì dấu ấn như xưa. Mỗi loại tua bin gió hiện tại có thể cung cấp đủ điện cho khoảng 600 ngôi nhà điển hình tại Hoa Kỳ dựa trên lượng điện được tạo ra trong 1 năm sử dụng. Những tua bin lớn này cần phải trải rộng hơn, tuy nhiên đất ở giữa vẫn có thể được sử dụng cho những công việc khác như sản xuất lương thực. Chính vì lý do này, chúng có thể hiệu quả hơn rất nhiều so với các trang trại năng lượng mặt trời.

Chi phí vận hành thấp

Thông thường, sau khi được lắp đặt và đưa vào vận hành, tua bin gió rất ít khi cần bảo trì. Công nghệ sản xuất năng lượng điện gió có thể phức tạp, nhưng cơ học rất đơn giản và đáng tin cậy. Chi phí vận hành thấp giúp mang lại chi phí điện năng thấp hơn cho người tiêu dùng.

Tạo công ăn việc làm

Sản xuất năng lượng gió là 1 ngành công nghiệp có tốc độ phát triển cực kỳ nhanh và ngày càng có nhiều việc làm được tạo ra nhằm phục vụ ngành này. Thiết kế, sản xuất, lắp đặt, bảo trì và hỗ trợ với ước tính khoảng hơn 600.000 việc làm sẽ được tạo ra vào năm 2050. Hiện đã có hơn 120.000 người làm việc trong lĩnh vực sản xuất năng lượng điện gió ở Mỹ.

Nhược điểm của năng lượng gió

Bất kỳ loại năng lượng nào cũng sẽ có những nhược điểm đáng lo ngại của nó. Và năng lượng gió cũng vậy, cụ thể:

Tiếng ồn và tính thẩm mỹ

Âm thanh tua bin gió tạo ra có thể truyền đi rất xa, 1 số ước tính lên đến 2km. Tuy nhiên, chúng không ồn ào bằng đường cao tốc đông đúc và cũng không nằm gần các khu vực đông dân cư. Âm thanh từ tua bin gió cũng phụ thuộc vào hướng gió mỗi ngày và nếu không có gió thì sẽ không có tiếng ồn.

Về mặt thẩm mỹ, nhiều người lập luận rằng chúng không hấp dẫn khi nhìn vào, tuy nhiên nếu so với các nguyên nhân khai thác và nứt vỡ trên diện rộng thì đây chỉ là một mối quan tâm rất nhỏ.

Tác động đến động vật hoang dã địa phương

Mặc dù tác động của tua bin gió đối với chim và động vật hoang dã ít hơn so các tòa nhà chọc trời thì các nhà khoa học, nhà nghiên cứu vẫn đang cố gắng làm việc để giảm thiểu hoặc loại bỏ tác động lên chim và các động vật hoang dã.

Sự dao động của gió

Một nhược điểm khác của năng lượng điện gió là sức gió không ổn định. Trên thực tế, nó thường xuyên thay đổi cả về cường độ và hướng. Các công nghệ hiện đại ngày nay, bao gồm cả việc điều khiển bằng máy tính đã giúp ích rất nhiều, được thể hiện qua các vị trí đặt tua bin gió và trang trại.

Các công nghệ như máy đo gió tự động giúp đo tốc độ gió và hướng gió thông qua tua bin giúp giảm thiểu tối đa lượng gió lãng phí. Các phép đo này sau đó được dùng để quay và điều chỉnh hướng quay của tua bin nhằm hướng trực tiếp với gió và tạo ra nhiều năng lượng điện nhất có thể.

Khi khả năng lưu trữ năng lượng điện được cải thiện, việc này sẽ trở thành vấn đề nhỏ hơn nhiều, ngoài ra có thể dùng các nguồn năng lượng tái tạo khác có thể giúp duy trì năng lượng gió mọi lúc. Tất nhiên, việc đặt những trang trại gió ở các khu vực có gió lớn cũng giúp sẽ loại bỏ hạn chế này.

Xem thêm: Biến tần là gì? Lợi ích và ứng dụng của biến tần

Trên đây là bài viết của Tiến Duy đã chia sẻ các thông tin về năng lượng gió. Hy vọng các bạn đã có thêm những thông tin cần thiết và có thể sử dụng nguồn năng lượng sạch này thật hữu ích cho cuộc sống của mình.