Năng lượng gió được tạo ra như thế nào?

Năng lượng gió được tạo ra như thế nào là câu hỏi giúp hiểu bản chất của điện gió và các ứng dụng khai thác sức gió. Gió không xuất hiện ngẫu nhiên mà được hình thành bởi sự chênh lệch nhiệt độ, áp suất trong khí quyển và chuyển động của Trái Đất. Khi không khí di chuyển, nó mang theo động năng; động năng này chính là cơ sở để con người khai thác thành cơ năng hoặc điện năng.

Gió được hình thành từ đâu?

Nguồn gốc đầu tiên của gió là bức xạ mặt trời. Mặt trời làm nóng bề mặt Trái Đất, nhưng đất liền, đại dương, núi, rừng và đô thị hấp thụ nhiệt khác nhau. Kết quả là không khí ở từng khu vực có nhiệt độ và áp suất khác nhau.

Không khí nóng có xu hướng bốc lên, tạo vùng áp suất thấp. Không khí lạnh hơn và nặng hơn di chuyển đến thay thế, tạo ra dòng không khí ngang mà chúng ta gọi là gió. Trên quy mô lớn, sự quay của Trái Đất, mùa, địa hình và khoảng cách đến biển tiếp tục làm thay đổi hướng gió, tốc độ gió và độ ổn định của luồng gió.

Năng lượng nằm ở đâu trong luồng gió?

Luồng gió có khối lượng và vận tốc nên chứa động năng. Khi tốc độ gió càng cao, năng lượng có trong luồng gió càng lớn. Vì vậy, trong thiết kế điện gió, tốc độ gió trung bình không phải yếu tố duy nhất; cần xem xét phân bố tốc độ gió theo thời gian, tần suất gió mạnh, hướng gió chủ đạo và mức độ nhiễu loạn.

Độ cao cũng rất quan trọng. Càng lên cao, gió thường ít bị cản bởi cây cối, nhà xưởng và địa hình hơn. Đây là lý do tuabin gió công nghiệp có tháp cao và cánh quạt đường kính lớn để tiếp cận vùng gió tốt hơn.

Tuabin chuyển năng lượng gió thành điện như thế nào?

Khi gió thổi qua cánh quạt, biên dạng khí động học của cánh tạo ra lực nâng và làm rotor quay. Rotor nối với trục chính, truyền mô-men xoắn vào hệ truyền động. Tùy thiết kế, tuabin có thể dùng hộp số để tăng tốc độ quay trước khi đưa vào máy phát, hoặc dùng máy phát truyền động trực tiếp để giảm số bộ phận cơ khí.

Máy phát điện chuyển cơ năng quay thành điện năng. Sau đó, bộ biến đổi công suất điều chỉnh điện áp, tần số và chất lượng điện. Máy biến áp nâng áp để truyền tải, còn hệ thống điều khiển giám sát liên tục tốc độ gió, hướng gió, trạng thái máy phát, nhiệt độ, rung động và các thông số an toàn.

Vì sao không thể khai thác toàn bộ năng lượng của gió?

Tuabin không thể lấy hết năng lượng từ luồng gió vì không khí sau khi đi qua rotor vẫn phải tiếp tục chuyển động. Nếu toàn bộ năng lượng bị lấy đi, không khí sẽ dừng lại và chặn luồng gió phía sau. Vì vậy, hiệu suất khai thác luôn có giới hạn vật lý và phụ thuộc vào thiết kế cánh, đường kính rotor, điều khiển pitch, điều khiển yaw và điều kiện vận hành.

Các yếu tố quyết định sản lượng điện gió

Sản lượng điện gió phụ thuộc vào tốc độ gió, chiều cao hub, đường kính rotor, công suất định mức của tuabin, mật độ không khí, mức độ nhiễu loạn, khoảng cách giữa các tuabin và tổn thất điện trong hệ thống. Ngoài ra, việc dừng máy để bảo trì, hạn chế công suất do lưới điện và điều kiện thời tiết cực đoan cũng ảnh hưởng đến sản lượng thực tế.

Kết luận

Năng lượng gió được tạo ra từ chuyển động của không khí trong khí quyển, bắt nguồn chủ yếu từ sự gia nhiệt không đồng đều của mặt trời. Thông qua tuabin gió, động năng này được chuyển thành điện năng phục vụ đời sống và sản xuất. Hiểu rõ quá trình hình thành gió và chuyển đổi năng lượng giúp đánh giá chính xác hơn tiềm năng của từng vị trí, từng dự án và từng cấu hình hệ thống điện gió.