a. Rotor
Hiện nay rotor 3 cánh quạt đ−ợc sử dụng rộng rãi trên thế giới, điều này do các yếu tố sau đây:
- Hiệu suất: Hiệu suất cao hơn các loại khác đối với vận tốc gió từ 3,5m/s trở lên.
- Về lí thuyết thì hiệu suất tăng lên cùng với số cánh quạt. Nếu nh− tăng số cánh quạt từ 2 lên 3 thì hiệu suất sẽ tăng lên vào khoảng 3% đến 4%. Tuy nhiên nếu tăng số cánh quạt lên 4 thì hiệu suất chỉ tăng thêm từ 1% đến 2%.
- Chi phí cho cánh quạt cũng là một trong những yếu tố chi phí quyết định liên quan đến chi phí đầu t− cũng nh− chi phí vận hành. Đối với loại tuabin có 3 cánh quạt thì chi phí đầu t− cho cánh quạt chiếm vào khoảng 20 đến 30% chi phí cho toàn bộ thiết bị. Vì vậy các loại tuabin với 3 cánh quạt là một sự kết hợp tối −u giữa hiệu suất tác động và chi phí.
- Đối với các đặc tính cũng nh− động học của các loại tuabin có 3 cánh quạt thì các thiết bị này có một sự phân bố đồng đều hơn về trọng lực cũng nh− lực khí động học trên toàn bộ chu vi của rotor.
* Cánh quạt:
Cánh quạt của một tuabin có công suất từ 1,5 đến 2,5 MW th−ờng có chiều dài từ 37 m đến 45m. Các cánh quạt này ở mỗi vòng quay sẽ chịu những tải trọng rất khác nhau phụ thuộc vào vận tốc gió. Đối với một tuabin có chiều cao trục quay là 125m, đ−ờng kính rotor vào cỡ 90 m thì vận tốc gió ở các đỉnh cánh quạt phía trên có thể đạt tới 7,6 đến 7,8m/s và vận tốc gió ở các đỉnh cánh quạt phía d−ới có thể đạt tới 5,4 đến 5,6 m/s, cánh quạt đ−ợc làm từ nhựa kết hợp với sợi thủy tinh hoặc sợi cacbon, chịu lực tốt.
* Giới hạn về mặt công suất/ Điều khiển cánh quạt
Đối với mọi tuabin gió cần phải có một sự giới hạn về mặt công suất nhằm tránh cho các thiết bị quá tải.
Đối với các rotor có cánh quạt điều khiển theo kiểu ,”Pitch” thì vị trí của các cánh quạt có thể đ−ợc điều khiển nhờ vào một động cơ điển ở trục
quay. Bộ điều khiển điện tử sẽ đo th−ờng xuyên công suất đầu ra của thiết bị ở một tải trọng danh nghĩa. Nếu nh− giá trị đo quá cao hoặc quá thấp thì các cánh quạt sẽ đ−ợc điều khiển quay h−ớng vào hoặc h−ớng ra khỏi h−ớng gió một cách t−ơng ứng.
Thông qua việc điều chỉnh cánh quạt này có thể đảm bảo đ−ợc rằng các cánh quạt luôn nằm ở một góc đúng đắn hợp lí nhất và do đó có thể đạt đ−ợc một sự tối −u về l−ợng điện năng tạo ra.
b. Bộ phận truyền lực * Khái quát chung:
Bộ phận truyền lực sẽ gồm những bộ phận sau đây: - Hộp số
- Khớp nối - Phanh
- Trục quay nhanh kết nối giữa hộp số và máy phát - Máy phát
* Hộp số:
Trong lĩnh vực máy phát điện sử dụng năng l−ợng gió, ng−ời ta th−ờng sử dụng hai loại hộp số sau đây:
- Hộp số bánh răng trụ tròn:
ở loại hộp số kiểu này thì một bánh răng lớn đ−ợc lắp với trục quay chậm sẽ dẫn động một bánh răng nhỏ đ−ợc lắp với trục quay nhanh. Tỷ số truyền động của cặp bánh răng ăn khớp ở đây nhỏ hơn 1:5.
- Hộp số kiểu hành tinh:
Hộp số kiểu hành tinh có cấu tạo từ 3 loại bánh răng khác nhau. Một bánh răng có răng phía trong đ−ợc gắn với trục quay chậm và tạo thành khung bên ngoài. ở trung tâm là một bánh răng nhỏ đóng vai trò nh−
“mặt trời” trong hệ mặt trời, bánh răng nhỏ này đ−ợc nối với trục quy nhanh. Bánh răng có răng phía trong và bánh răng nhỏ trung tâm đ−ợc nối kết với nhau thông qua rất nhiều bánh răng vệ tinh. Do vậy tỷ số truyền động có thể đạt tới 1:12.
Do trong thực tế cần phải có tỷ số truyền động giữa trục quay chậm và trục quay nhanh lên đến 1:100 nên hộp số sẽ có cấu tạo từ nhiều cấp truyền khác nhau. ở những cấp truyền này sẽ sử dụng cả cấp truyền bánh răng trụ cũng nh− cấp truyền kiểu hành tinh.
* Trục quay chậm:
Trục quay chậm làm nhiệm vụ truyền chuyển động quay của rotor vào hộp số.
* Khớp nối
Đối với các tuabin cỡ nhỏ thì máy phát đ−ợc nối trực tiếp vào hộp số thông qua trục quay nhanh. Tuy nhiên đối với quá trình truyền lực ở các thiết bị cỡ lớn thì sẽ luôn xuất hiện một sự biến dạng nhất định, chính vì vậy cần phải có một chi tiết kết nối linh động (khớp nối) giữa hộp số và máy phát. Nhờ vào khớp nối này có thể ngăn cản đ−ợc hiện t−ợng căng xoắn cũng nh− các tải trọng bổ xung trong quá trình truyền lực.
* Phanh:
Các tuabin có 2 hệ thống phanh hoàn toàn độc lập với nhau. Hệ thống điều chỉnh góc nghiêng của cánh quạt đóng vai trò là hệ thống phanh chính. Với sự trợ giúp của hệ thống điều khiển kiểu ,,Pitch” thiết bị sẽ đ−ợc tách ra hoàn toàn khỏi h−ớng gió thổi.
Ngoài ra ở trên trục quay nhanh của bộ phận truyền lực cũng có một hệ thống phanh đĩa. Hệ thống phanh đĩa này sẽ đ−ợc kích hoạt trong những tr−ờng hợp dừng hoạt động vì an toàn hay vì một lí do khẩn cấp nào đó. * Máy phát
Máy phát làm nhiệm vụ biến đổi năng l−ợng cơ học của rotor thành năng l−ợng điện. ở các tuabin th−ờng sử dụng các máy phát đồng bộ lẫn máy phát không đồng bộ. Đối với các tuabin cỡ công suất từ vài trăm tới vài MW thông th−ờng phát dòng điện AC với hiệu điện thế từ 490 V đến 690V.
Máy biến thế làm nhiệm vụ biến chuyển dòng điện với hiệu điện thế từ 490V đến 690V lên điện thế cao hơn thông th−ờng là 22kV. Do vậy sẽ giảm thiểu đ−ợc tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải điện.
d. Các thành phần khác
- Hệ thống quan trắc gió với các cảm biến khí t−ợng - Hệ thống chống sét
- Thiết bị dập lửa phòng chống hỏa hoạn - CMS (Conditional Monitoring)
- Bộ phận đèn chiếu sáng cảnh báo
- Bộ phận ngăn ngừa hiệu ứng “Bóng râm chuyển động” - Bộ phận giám sát từ xa
Hình 2-1: Hình ảnh các cột điện gió