CHƢƠNG 3 : TUA-BIN ĐIỆN GIÓ
3.4. Những nguyên tắc điều chỉnh hệ thống rotor
3.4.1. Điều chỉnh trình trạng gió trƣợt của cánh quạt
a. Điều chỉnh thụ động tình trạng gió trƣợt của cánh quạt.
Điều chỉnh thụ động tình trạng gió trƣợt của cánh quạt là điều chỉnh dịng tránh gió qua thân cánh quạt với một góc nhất định. Nguyên tắc này đƣợc phát minh từ nhà Vật lý ngƣời Đan Mạch Johannes Juul năm 1950 và đƣợc ứng dụng đầu tiên vào tua- bin điện gió Gedser năm 1957. Theo nguyên tắc này cánh quạt đƣợc gắn vào đùm với một góc nhất định, cấu hình cánh quạt đƣợc thiết kế dựa trên nguyên tắc khí động lực học, khi dịng gió tốc độ cao thổi vào bề mặt sẽ gây ra tình trạng dịng gió bị nhiễu động và trƣợt qua thân cánh quạt để hạn chế lực từ gió tác động vào cánh quạt. Hệ thống rotor cánh quạt vẫn quay với số vòng cố định, máy phát điện dị bộ cũng hoạt động với số vòng quay cố định để giữ đƣợc tần số điện quy định.
Tốc độ gió trung bình ổn định . Tốc độ gió cao.
v: tốc độ gió ổn định. : Góc cánh quạt tại vị trí ổn định. vtop: tốc độ tại đầu cánh không đổi. : Góc cánh quạt khi điều chỉnh. vtr: Tốc độ tại tình trạng gió trƣợt. F: Lực tác động.
vrel: Tốc độ tƣơng đối. F1: Lực đẩy. Fc: Lực cản.
Tùy theo tốc độ gió v và vtr mà góc , thay đổi. Khi tốc độ gió lên cao, góc
sẽ lớn hơn và dịng gió phía trƣớc trên bề mặt cánh quạt sẽ bị nhiễu động và trƣợt đi, lực chuyển động kinetic giảm và cơ năng tác động vào cánh quạt ít hơn, tua-bin điện gió vì thế giữ đƣợc cơng suất ổn định. Tuy nhiên việc giới hạn công suất tua-bin của phƣơng thức này cũng gặp nhiều trở ngại vì cấu hình cánh quạt khơng thể thay đổi đƣợc mặt đón gió, lƣợng tránh gió khơng thể điều chỉnh đƣợc chính xác. Khi tốc độ gió lên cao trong lúc tốc độ quay cánh quạt cố định sẽ gấy ra những lực xoắn cao truyền vào hệ thống trục và những chi tiết cơ khác của tua-bin điện gió, ngồi ra việc điều chỉnh tình trạng gió trƣợt của cánh quạt thƣờng phát sinh ra tiếng ồn rất cao. b. Điều chỉnh tích cực tình trạng gió trƣợt của cánh quạt.
Để hạn chế ảnh hƣởng này, một số nhà sản xuất đã ứng dụng nguyên tắc điều chỉnh tích cực tình trạng gió trƣợt là áp dụng hệ thống thắng tại đầu cánh quạt bằng cách thiết kế thêm thanh cản gió tại đầu cánh quạt hoặc thêm nắp chỉnh tại thân cánh hoặc thiết kế bộ phận chỉnh quay góc đến 900 tại đầu cánh. Thế nhƣng việc chỉnh góc tại đầu cánh quạt lại tạo thêm ảnh hƣởng cơ đến hệ thống trục và những chi tiết khác của tua-bin điện gió nên phƣơng pháp này chỉ đƣợc áp dụng cho những tua-bin có cơng suất dƣới 1MW. Tuy nhiên trong một chừng mực nhất định, phƣơng thức này cũng có ƣu điểm là có thể điều chỉnh đƣợc một phần về cơng suất.
Khi tốc độ gió lên đến 25m/s, hệ thống rotor của những tua-bin điện gió sử dụng hộp số thƣờng đƣợc thắng lại bằng những bánh thắng, khi bánh thắng hoạt động, tốc độ số vịng quay giảm dần, thơng thƣờng sau hai đến ba vòng quay, hệ thống rotor sẽ ngừng hẳn và đƣợc giữ lại bằng những chốt giữ an toàn. Bánh thắng và chốt giữ đƣợc thiết kế phổ biến hoạt động với ổng thủy lực. Những thập niên vừa qua phƣơng pháp này chỉ đƣợc áp dụng cho những tua-bin điện gió có cơng suất cao hơn 1MW.
Tua-bin điện gió thiết kế với ngun tắc điều chỉnh tình trạng gió trƣợt của cánh quạt thƣờng khơng thể tự kích hoạt ở tốc độ gió thấp, vì thế động cơ điện của những tua-bin điện gió này phải có thêm dịng điện ngồi để làm quay hệ thống rotor rồi mới hoạt động đƣợc.