Home
PHÁT TRIỂN TUABIN GIÓ CÔNG SUẤT 15-20KW HƯỚNG ĐI TIỀM NĂNG

PHÁT TRIỂN TUABIN GIÓ CÔNG SUẤT 15-20KW HƯỚNG ĐI TIỀM NĂNG

Những cánh quạt khổng lồ của tổ hợp tuabin gió khi tương tác với dòng không khí ở dải vận tốc gió thấp từ 6-7,5m/s có thể tạo ra nhiều điện năng phục vụ sinh hoạt sản xuất và phù hợp với năng lượng gió của Việt Nam. Đó là giải pháp công nghệ “thiết kế và chế tạo hệ thống tuabin gió kiểu trục ngang ba cánh có công suất trong dải 15-20kW làm việc ở tốc độ gió thấp phù hợp với tiềm năng gió của Việt Nam” do GS Nguyễn Thế Mịch và Nhóm nghiên cứu của Viện Cơ khí Động lực và Viện Điện, Trường ĐHBK Hà Nội phát triển thành công, mở ra triển vọng ứng dụng khai thác năng lượng gió đạt hiệu quả kinh tế cao.

Chế tạo tuabin phù hợp với vùng có vận tốc gió thấp tại Việt Nam

Việt Nam nằm trong vùng cận xích đạo, thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa. Gió ở Việt Nam có hai mùa rõ rệt: Gió mùa Đông Bắc và gió mùa Đông Nam với tốc độ trung bình ở vùng ven biển từ 4,5-6 m/s (ở độ cao 10-12m). Tại các vùng đảo xa, tốc độ gió đạt tới 6-8 m/s, tuy không cao bằng tốc độ gió ở các nước Bắc Âu nhưng cũng đủ mạnh để sử dụng tuabin gió có hiệu quả. Trên cơ sở tìm hiểu về tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam cũng như tình hình ứng dụng lắp đặt các sản phẩm ngoại nhập, Nhóm nghiên cứu nhận thấy nếu nhập khẩu các sản phẩm tuabin nước ngoài về lắp đặt tại Việt Nam thì khả năng thu hồi vốn chậm, hiệu quả kinh tế thấp (do tuabin nhập ngoại thường làm việc ở hệ số sử dụng công suất nhỏ). Giải thích về điều này, GS Nguyễn Thế Mịch cho biết: “Các tuabin ngoại nhập hiện nay thường được tính toán thiết kế đạt công suất ở vận tốc gió 12m/s cao hơn so với vận tốc gió trung bình ở một số vùng có thể lắp đặt, khai thác tuabin gió ở Việt Nam (thường dao động từ 5,5-7,5m/s; một vài nơi đạt 8,5m/s)”. Từ những băn khoăn về việc tại sao các nhà khoa học không nghiên cứu, thiết kế và chế tạo ra mẫu tuabin làm việc đạt công suất ở vận tốc gió thấp, Nhóm nghiên cứu nảy ra ý định sẽ chế tạo tuabin gió có hệ số sử dụng công suất làm việc thường xuyên ở giá trị cao, có khả năng thu hồi vốn đầu tư nhanh; đồng thời có thể phát triển khai thác nhiều năng lượng gió hơn thông qua việc mở rộng lắp đặt tuabin tại nhiều địa điểm trên diện tích rộng.

Từ ý tưởng đó, đề tài về thiết kế và chế tạo hệ thống tuabin gió đã được GS Nguyễn Thế Mịch (chủ nhiệm đề tài) cùng 12 thành viên nghiên cứu chủ chốt là các cán bộ giảng dạy của Bộ môn Máy và Tự động thủy khí, Bộ môn Thiết bị điện – Điện tử (Viện Điện) và một số nhà khoa học Việt Nam đang làm việc tại các cơ sở nghiên cứu, công ty trong lĩnh vực nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị điện gió ở các nước phát triển tiến hành nghiên cứu và thực hiện.

Mục tiêu của Đề tài là tạo ra sản phẩm tuabin gió làm việc phù hợp với tiềm năng gió của Việt Nam. Sản phẩm nghiên cứu của Nhóm được tính toán thiết kế có nhiều ưu điểm về mặt công nghệ. Điểm đặc biệt của tuabin gió này là có vận tốc khởi động là 2,5m/s thấp hơn hẳn tuabin thông thường là 3,5m/s. Ngoài ra, tuabin còn được tính toán đạt công suất tại vận tốc gió trong khoảng 6-7,5m/s, trong khi các tuabin trên thị trường thường được thiết kế đạt công suất từ 11-12m/s; thậm chí có những tuabin được thiết kế ở 13m/s. Như vậy, ở vận tốc gió thấp, tuabin của Nhóm nghiên cứu vẫn lấy được gió và đảm bảo đạt hệ số công suất ở giá trị cao.

Trên cơ sở nghiên cứu và tính toán các thông số kỹ thuật phù hợp, Nhóm đã tự thiết kế và chế tạo thành công tổ hợp tuabin gió có bộ cánh khi tương tác với dòng không khí đạt công suất trong dải từ 15-20kW ở tốc độ gió thấp từ 6-7,5m/s. Tổ hợp tuabin gồm: các bộ phận cơ khí – khí động học (tổ hợp cánh tuabin), máy phát điện nam châm vĩnh cửu, hệ thống điều khiển (controller), biến đổi điện (inverter) có thông số kỹ thuật phù hợp, có tài liệu hướng dẫn lắp đặt và vận hành.

nangluonggio2

Từ ý tưởng đến quá trình thực hiện Đề tài, Nhóm phải mất gần ba năm để nghiên cứu và chế tạo thành công được sản phẩm đạt chất lượng (từ tháng 10/2012 – tháng 6/2015). GS Nguyễn Thế Mịch chia sẻ: “Nhóm khá khó khăn khi tìm kiếm nguồn tài liệu tham khảo vì quá ít. Các tài liệu nghiên cứu công bố trên các tạp chí nước ngoài chủ yếu được thực hiện ở vận tốc cao (11-13m/s), trong khi đó ở nước ta, hầu như chưa có công trình nghiên cứu nào để Nhóm có thể tham khảo”. Bên cạnh đó, việc thử nghiệm khả năng làm việc và sự ổn định của tổ hợp cũng gặp nhiều khó khăn bởi không có địa điểm nào ở gần để thử nghiệm tất cả các dải vận tốc làm việc của tổ hợp tuabin. Do vậy, Nhóm đã chọn Công ty cổ phần chế tạo bơm Hải Dương, nơi có đủ tiềm năng gió để tiến hành thí nghiệm xác định được tính năng làm việc của tổ hợp tuabin.

Tuy nhiên, Nhóm quyết tâm phải thực hiện từng bước để cho ra sản phẩm hoàn thiện. Chính vì thế, việc nghiên cứu được Nhóm tiến hành theo từng bước cơ bản từ việc tính toán thiết kế cánh, chế tạo đến thử nghiệm tuabin mô hình. Trên cơ sở kết quả thử nghiệm tuabin mô hình, Nhóm thiết kế lại và chế tạo cánh của tuabin nguyên hình. Đây là việc làm tốn rất nhiều thời gian và kinh phí. Tuy nhiên, GS Mịch trao đổi: “Trước đó, chưa có cơ sở nào trong nước chế tạo các cánh bằng vật liệu composite có đường kính trên 3m; trong khi mục tiêu của Đề tài cần chế tạo cánh có đường kính trên 12m. Ngoài ra, tại Việt Nam cũng chưa cơ cơ sở nào chế tạo máy phát điện nam châm vĩnh cửu có công suất đến 1kW, trong khi Nhóm đã chế tạo máy phát điện đến 15kW ở tốc độ thấp 80 vòng/phút”.

Công nghệ tuabin gió mang lại hiệu quả kinh tế cao

Tuabin gió làm việc trong dải vận tốc thấp phù hợp với năng lượng gió của Việt Nam có thể ứng dụng lắp đặt, khai thác hiệu quả, có khả năng thu hồi vốn và có lãi so với việc mua tuabin của nước ngoài về lắp đặt tại Việt Nam. Việc chế tạo thành công tuabin của Nhóm mở ra triển vọng ứng dụng loại tuabin trục ngang có công suất từ 15-20kW làm việc trong dải vận tốc thấp tại Việt Nam. Ngoài ra, tuabin gió loại này khá phù hợp với những quy mô hộ tiêu thụ nhỏ lẻ, đặc biệt là trong tình hình kinh tế của nước ta hiện nay cũng như nhiều quốc gia đang phát triển khác. Các cơ sở sản xuất quy mô nhỏ hoàn toàn có thể quyết định mua và trang bị cho mình một tổ hợp phát điện độc lập. Nghiên cứu phát triển giải pháp công nghệ tuabin gió với giá thành phù hợp cũng sẽ tạo điều kiện để chuyển giao công nghệ và khả năng đưa sản phẩm ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn. Ngoài ra, ở các cơ sở sản xuất tại vùng sâu, vùng xa có thể trang bị tuabin gió dạng này để chủ động nguồn điện, tạo công việc cho nhiều người và điều kiện phát triển các ngành nghề khác có liên quan.

Trước mắt, sản phẩm thí nghiệm dạng I của Nhóm đã được lắp đặt thử nghiệm tại khuôn viên của Công ty cổ phần chế tạo bơm Hải Dương và đưa vào hoạt động từ ngày 13/05/2015. Sản phẩm được Công ty đánh giá cao, chứng nhận tuabin đã hoạt động ổn định trong nhiều tháng và hàng chục giờ ở vận tốc gió 6m/s. Đặc biệt, tuabin đã hoạt động an toàn khi có cơn bão số 1 tràn vào Hải Dương (với vận tốc gió nhiều lúc đạt 9m/s, gió giật trên 10m/s). Hiện, Nhóm đã nhận được hai đơn đặt hàng: 01 tổ hợp tuabin cho dự án ở bản Cà Lồ thuộc tỉnh Cao Bằng từ tổ chức từ thiện của các kỹ sư điện không biên giới của Cộng hòa Liên bang Đức và 02 tuabin cho dự án điện gió và điện mặt trời tại Nha trang từ Công ty AST (TP. Hồ chí Minh).

Tuy nhiên, sản phẩm vẫn còn những hạn chế nhất định như: chưa có quy trình sản xuất hàng loạt để tạo ra sản phẩm có độ chính xác và tính lặp lại ổn định; một số vật tư chưa có hàng hóa như các nước công nghiệp điện gió phát triển nên Nhóm đã phải sử dụng các giải pháp để đảm bảo điều kiện làm việc của sản phẩm. Vì vậy, Nhóm nghiên cứu dự định sẽ hoàn thiện sản phẩm, thiết kế để sản phẩm có khả năng chế tạo dễ dàng, đảm bảo tính ổn định và lặp lại của sản phẩm, tiếp tục thử nghiệm sâu hơn về sản phẩm như tính ổn định của các phần thiết bị cấu thành từ phần cơ khí – khí động học đến phần điện, phần mềm điều khiển. Đồng thời, Nhóm sẽ phát triển thêm dòng sản phẩm có tính năng nối lưới trực tiếp để chuẩn bị cho việc xã hội hóa đầu tư vào ngành điện như các nước tư bản dùng công tơ hai chiều và các hộ tiêu thụ điện nhỏ lẻ. GS Nguyễn Thế Mịch cho rằng, thời điểm đó sẽ bùng nổ các nhà đầu tư nhỏ lẻ mua các tuabin điện gió dùng cho nhu cầu gia đình và sẽ bán điện lên lưới quốc gia khi phụ tải riêng không tiêu thụ hết công suất.

Tiềm năng phát triển dòng sản phẩm tuabin gió nội địa

Năng lượng tái tạo được coi là nguồn năng lượng của thế kỷ 21, hứa hẹn một ngành sản xuất mới liên quan đến nguồn năng lượng thân thiện với môi trường sẽ ra đời. GS Nguyễn Thế Mịch tin tưởng: “Nhóm sẽ tiếp tục hướng nghiên cứu để phát triển các dòng sản phẩm tuabin điện gió làm việc ở vận tốc gió thấp phù hợp với tiềm năng gió của Việt Nam góp phần vào việc ứng dụng năng lượng gió trong sự nghiệp phát triển kinh tế đất nước. Bên cạnh đó, nếu sản phẩm chế tạo tiếp tục được Nhóm cải tiến sẽ tạo ra một dòng sản có triển vọng thương mại hóa cao vì chưa có sản phẩm cùng tính năng làm việc trên thị trường”. GS Mịch cũng cho biết thêm: “Trong thời gian tới, Nhóm dự định sẽ tiếp tục triển khai nghiên cứu hoàn thiện công nghệ thiết kế và chế tạo (pha 2) với mục tiêu tạo ra sản phẩm công nghệ cao có tính năng hoạt động đúng và ổn định cao, giá thành thấp và tính cạnh tranh cao phù hợp với Việt Nam để có thể chuyển giao quy trình sản xuất cho các công ty trong nước”.

nangluonggio

Để làm được điều đó, theo GS Mịch mong muốn có sự đầu tư và hỗ trợ của một số đơn vị để sản xuất một lớp tuabin đặc biệt (khoảng 10 tổ tuabin) có thể làm việc tại các hải đảo. Nhóm cũng dự định sẽ lắp tặng lô sản phẩm này tại đảo Trường Sa, đảo Trần (Cô Tô, Quảng Ninh) với yêu cầu lô hàng này phải có máy phát điện làm việc được lâu ngày trong điều kiện hơi nóng, ẩm, nồng độ muối cao; hệ thống điều khiển và biến đổi điện có các bảng mạch được chế tạo bằng công nghệ dán linh kiện có phủ lớp bảo vệ chịu được điều kiện làm việc ngoài hải đảo lâu ngày.

Hy vọng rằng, với công nghệ tuabin gió phục vụ các dự án ý nghĩa về điện gió của Việt Nam do Nhóm nghiên cứu và chế tạo sẽ phát triển mạnh, bổ sung cho hệ thống điện Việt Nam đang được phát triển với tốc độ cao; đúng như những điều mà GS Nguyễn Thế Mịch tin tưởng: “Chế tạo thành công tuabin gió sẽ tạo tiền đề cho các nhà khoa học trong nước tự nghiên cứu thiết kế chế tạo và phát triển các dòng sản phẩm tuabin điện gió phù hợp với tiềm năng gió của Việt Nam sau này”.

 

MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU:

Sản phẩm mới:

  • Chế tạo thành công bộ cánh có khả năng đạt công suất thiết kế bằng vật liệu composite và carbon đạt độ chính xác cao;
  • Máy phát điện nam châm vĩnh cửu công suất 15kW làm việc ở tốc độ thấp 80 vòng/phút;

Thông số kỹ thuật:

  • Công suất cực đại của tuabin: 20kW
  • Công suất tính toán của tuabin: 15 kW
  • Đường kính bánh công tắc: 12,6 m
  • Số cánh Z = 3, bằng vật liệu composite
  • Tốc độ vòng quay của tuabin: 80 vòng/phút
  • Vận tốc tính toán: 6m/s; vận tốc khởi động: 2,5m/s; vận tốc dừng: 18m/s
  • Hệ số chuyển đổi năng lượng của cánh: 0,42
  • Hiệu suất của toàn bộ tổ hợp tuabin 36%
  • Chiều cao cột tuabin (thép): 18m

(Theo CCPR Bách Khoa Hà Nội)

Comment

*

*