Tuabin gió không cánh quạt (bladeless wind turbine)

Tuabin Vortex-Bladeless là loại tuabin không cánh quạt. Mục đích của việc thiết kế là để loại bỏ những vấn đề mà tuabin truyền thống gặp phải. Cấu trúc của tuabin đơn giản nên việc sản xuất, vận chuyển, lưu trữ và lắp đặt có những lợi ích hơn so với tuabin truyền thống. Loại tuabin mới này được thiết kế không có hộp số nên việc bảo dưỡng có thể được cắt giảm và vòng đời dài hơn tuabin truyền thống [25]

Năng lượng từ gió chia làm hai loại: Một là nhận năng lượng gió bằng tubin quay tròn, hai là nhận năng lượng gió bằng dao động. Nhận năng lượng gió bằng tuabin quay tròn là phương pháp cần những cánh quạt quay và tạo ra điện. Việc gia tăng số lượng các tuabin dẫn đến cần diện tích lớn hơn và chi phí cao hơn.

Tuabin gió nhận năng lượng qua dao động qua ít thành phần hơn để sản xuất điện. Khi luồng gió đi qua phần thân của tuabin tạo ra sự nhiễu loạn đằng sau thân tuabin. Nhiễu loại xoáy đằng sau thân tuabin tạo ra dao động dưới ảnh hưởng của khí động lực học. Lúc này tạo ra tần số tự nhiên ở thân máy cùng với tần số dao động do vòng xoáy gây ra tạo ra sự cộng hưởng. Phần thân máy cộng hưởng này gọi là Bladeless wind turbin (BWT). [26]

  Nguyên lý làm việc của BWT

Nguyên lý của BWT là chuyển từ dạng dao động của tháp sang dạng quay. Khi tháp nhận năng lượng từ gió, nó có xu hướng dao động bởi vì dạng xoáy xung quanh cấu trúc của tháp rồi nó chuyển sang dạng quay để tạo ra điện. Ở hệ thống BWT, tháp được cố định với đất. Phần đỉnh tháp là sợi dây để nối với máy phát. Năng lượng gió nhận được từ dao động sẽ chuyển sang máy phát.[26]

Hình 1. Hệ thống BWT

 ‘Dao động xoáy’ (Vortex Shedding) là dòng dao động khi một dòng như không khí hay nước chảy đằng sau. Dòng xoáy này phụ thuộc vào các yếu tố như độ nhám của bề mặt tỷ số là Re, đường kính của tháp St [26]

Hình 2.  Dòng dao động xoáy [27]

Mối quan hệ St với tần số của dòng xoáy: [27]

 Bộ phận của BWT

1. Phần thân

Phần thân của BWT là hinh trụ và dòng xoáy xảy ra ở cuối của phần thân. Ở tuabin truyền thống, năng lượng từ gió đi đến cánh quạt quay rồi qua bộ hộp số đến máy phát. Cũng gần giống như vậy, ở tuabin không cánh quạt, năng lượng từ gió đến cột dao động và đến đến máy phát điện xoay chiều. Chất liệu và hình dáng của tháp có hai thông số chính đó là cân nặng và độ cứng. Phần thân của BWT phải nhẹ và tháp phải cứng nên phải sử dụng chất liệu tổng hợp.

Hình dáng của phần thân phải là hình trụ để biên độ dao động của nó không ảnh hưởng bởi hướng gió. Ngoài ra thì tỷ số vát (taper ratio) của phần thân cũng ảnh hưởng. Tỷ số vát là tỷ số giữa chiều dài của hình trụ và chênh lệch đường kính lớn nhất và nhỏ nhất.  [27]

Phần đế của tháp được làm bằng chất liệu chất liệu cứng như sắt, nó dùng để làm nền móng cho toàn bộ cấu trúc của BWT. Một thanh dầm được đặt để cố định phần thân của tháp và phần đế của tháp.

3. Hệ thống điều chỉnh hưởng ( Tuning system)

Khi dòng xoáy đi qua thân của tháp tạo ra tần số dao động đồng thời làm rung tháp. Khi đó tháp sẽ chịu một lực kéo F, để kéo tạo ra lực đối của lực F này thì bên trong được thiết kế bởi lò xo có hệ số đàn hồi k, một bộ chống va chạm hệ số c lúc này tần số dao động của phần bên trong là:

Để gia tăng dải vận tốc gió người ta thiết kế thêm hai nam châm nằm giữa m.

Khi đó tần số dao động của hệ là:

Trong đó: k là hệ số đàn hồi của nam châm

4. Máy phát điện xoay chiều

Sự tạo thành điện năng được tạo bởi những phương pháp khác nhau. Thiết bị dao động rất gần với ‘công xôn’ (cantilever). Ngày nay lựa chọn tốt nhất để nhận năng lượng là qua nam châm điện cảm ứng.

Hình 1‑42 Sự sắp xếp bộ điều hưởng và nam châm điện cảm ứng [27]

Hình trên mô tả các thành phần khác nhau của máy phát điện xoay chiều. Nam châm vĩnh cửu b được cố định ở thân máy. Một phần của stato a được hỗ trợ bởi cấu trúc c để cố định xuống đất.

Bộ chỉnh lưu truyền thống , bộ lọc và phương pháp điều chỉnh điện áp được ứng dụng . Khi đầu ra là AC với biên độ và tần số thay đổi. Sâu khi chỉnh lưu và lọc thì nó cho đầu ra là DC. [27]

5. Thiết bị lưu trữ

Năng lượng nhận được từ gió rất nhỏ. Tốc độ gió lớn nhất ở trên bở vào khoảng 5-10 m/s. Tôc độ gió ảnh hưởng đến lực tác động lên thân máy. Sau khi vượt qua cấu trúc , rất ít lực được giữ lại. Đó là lý do tại sao không thể sử dụng bộ điều hướng gió và phải lưu trữ ở pin để sử dụng.[27]

Chia sẻ: