Điện gió và năng lượng gió: Những kiến thức cần biết

Năng lượng gió là một nguồn năng lượng sạch và bền vững. Việc sử dụng năng lượng gió để tạo ra điện đã được con người biết đến và ứng dụng từ xa xưa. Tuy nhiên phải đến những năm gần đây, năng lượng gió mới được quan tâm và phát triển rộng rãi hơn. Nguyên nhân là do nhu cầu sử dụng điện tăng cao, nhiên liệu hóa thạch cần để sản xuất điện ngày càng lớn. Điều này không chỉ khiến nguồn nguyên liệu bị cạn kiệt mà còn gây ảnh hưởng xấu đến môi trường. Nhận rõ vấn đề này, năng lượng gió được đưa vào để sản xuất điện và được coi như một giải pháp cung cấp năng lượng và bảo vệ môi trường hiệu quả ngày nay.

Năng lượng gió là gì?

Năng lượng gió là cũng là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. Gió được tạo ra từ sự chuyển đổi không khí ở khu vực có áp suất cao đến khu vực có áp suất thấp. Khi gió thổi, cánh quạt của tuabin sẽ quay và làm quay rotor. Rotor được nối với trục chính, trục chính truyền động và làm quay trục quay máy phát. Từ đó, điện sẽ được sinh ra và cung cấp cho nhu cầu của người sử dụng.

Năng lượng gió chuyển đổi thành điện năng như thế nào?

Như đã đề cập ở trên, thông qua tuabin gió, động năng của gió được sử dụng và chuyển đổi thành năng lượng điện. Do đó, khả năng hoạt động của tuabin sẽ phụ thuộc trực tiếp vào sức gió. Cũng vì lý do này mà hệ thống tuabin gió thường được xây dựng với số lượng lớn tại các khu vực có điều kiện gió tốt.

Về nguyên lý hoạt động, các tuabin gió sẽ hoạt động và tạo ra điện năng nhờ các thành phần chính sau:

• Rotor: Đây là thành phần đi cùng với cánh quạt để thu lực gió và biến đổi năng lượng gió thành năng lượng cơ học.
• Hộp số: Được kết nối với động cơ bằng một trục, giúp tăng tốc độ quay từ 30 vòng/phút lên 1500 vòng/phút.
• Máy phát điện: Có chức năng biến đổi cơ năng của quá trình quay cánh quạt, rotor thành năng lượng điện.

Các tuabin gió tạo ra điện năng đều được liên kết với nhau bằng dây cáp ngầm và giúp mang điện đến trạm biến áp. Điện từ đó được phân phối đến các hộ gia đình, nhà máy, xí nghiệp, trường học, bệnh viện…

Các cách tạo ra điện gió

Điện gió thường được tạo ra bằng cách lắp đặt các tuabin gió. Tuy nhiên, còn nhiều phương pháp khác cũng tạo ra năng lượng gió, phục vụ cho nhu cầu sử dụng của con người. Dưới đây là 3 phương pháp tạo ra điện gió được ứng dụng phổ biến hiện nay.

Lắp đặt hệ thống tuabin gió

Tuabin gió thường được lắp gần bờ biển hoặc trên đất liền, ở những khu vực đón được lượng gió nhiều nhất. Khi sức gió càng mạnh, cánh quạt của tuabin quay càng nhanh, rotor và trục quay máy phát cũng xoay nhanh hơn, điều này giúp tạo ra lượng điện năng lớn hơn. Sau đó, điện sẽ được dẫn đến một máy biến áp. Máy biến áp sẽ làm tăng điện áp và được chuyển đến lưới điện quốc gia, phân phối đến địa phương.

Sử dụng cây điện gió tạo ra điện

Hệ thống này cũng là một loại tuabin gió. Tuy nhiên, khác với tuabin gió thường có tiếng ồn khá lớn thì cây điện gió lại không phát ra tiếng ồn. Điều này giúp thiết bị được sử dụng rộng rãi tại các khu vực công cộng như công viên, các khu đô thị,… và không làm ảnh hưởng đến không gian & cảnh quan xung quanh.

Sử dụng diều điện gió tạo ra điện

Đây là phương pháp thường dùng để thay thế cho hệ thống tuabin gió khi việc lắp đặt tuabin gió gặp nhiều khó khăn. Diều điện gió được trang bị các cảm biến để điều khiển bay quanh trạm. Khi đó, 8 cánh quạt trên diều sẽ quay và kích hoạt máy phát tạo ra điện. Điện năng thông qua dây neo sẽ được truyền đến lưới điện quốc gia và phân phối tới từng hộ gia đình.

Ưu, nhược điểm của năng lượng điện gió

Do là một nguồn năng lượng tái tạo nên năng lượng điện gió cũng có những ưu nhược điểm riêng, tương tự như điện năng lượng mặt trời.

Ưu điểm của điện gió

Năng lượng gió mang lại nhiều lợi ích cho cá nhân nhà đầu tư và cả nền kinh tế, xã hội của một quốc gia, bao gồm:

Giảm thiểu phát thải khí CO2

Khác với các nhiên liệu hóa thạch thường phải đốt cháy để tạo ra điện, gió là một nguồn năng lượng sạch, không cần đốt cháy nên không tạo khí CO2 hay các chất thải gây ảnh hưởng đến môi trường. Do đó, dù sản xuất ra bao nhiêu điện năng từ gió cũng không gây bất kỳ một tác động xấu nào đến môi trường.

Nguồn tài nguyên vô tận

Không chỉ có lợi cho môi trường, gió còn là nguồn năng lượng dồi dào, vô tận và có thể sử dụng quanh năm. Do đó, sử dụng năng lượng gió để tạo ra điện sẽ giúp giảm sự phụ thuộc vào các nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng khan hiếm và đắt đỏ hiện nay.

Chi phí ngày càng giảm

Với xu hướng sử dụng năng lượng tái tạo thay thế nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng tăng thì chi phí lắp đặt và sử dụng điện gió cũng giảm dần. Điều này giúp người dùng tiết kiệm tối ưu chi phí đầu tư vào điện gió.

Các lợi nhuận khác

Nếu lắp đặt hệ thống tuabin gió có công suất lớn, lượng điện tạo ra không chỉ cung cấp đủ cho nhu cầu sử dụng của các hộ gia đình mà còn có thể bán lại cho lưới điện quốc gia nếu dư thừa.

Ngoài ra, việc lắp đặt tuabin gió tốn rất nhiều diện tích, nên người dân có thể cho các đơn vị đầu tư thuê lại đất và thu lợi nhuận.

Nhược điểm của điện gió

Mặc dù sở hữu nhiều ưu điểm nhưng điện gió cũng tồn tại một số nhược điểm như:

Bị ảnh hưởng bởi thời tiết

Sản lượng điện tạo ra từ các trạm điện gió phụ thuộc nhiều vào tốc độ gió. Đối với những ngày không có gió, hoặc gió quá yếu sẽ làm ảnh hưởng không nhỏ đến khả năng sản xuất điện của hệ thống.

Gây tiếng ồn

Thông thường các tuabin gió sẽ quay và vận hành với mức âm thanh khá lớn, khoảng 50-60 dB, đây là mức âm thanh mà tai người có thể nghe được. Do đó, khi cả một hệ thống tuabin hoạt động, chúng có thể tạo ra âm thanh lớn, gây khó chịu cho những khu vực xung quanh.

Ảnh hưởng đến động vật hoang dã

Việc xây dựng các trạm điện gió có thể làm thay đổi môi trường sống và ảnh hưởng đến động vật hoang dã. Bên cạnh đó, các loài chim cũng có thể gặp nguy hiểm nếu bay vào khu vực cánh quạt của tuabin, gây mất an toàn cho chúng.

Cần diện tích lắp đặt lớn

Hầu hết các hệ thống điện gió đều cần diện tích lớn để xây dựng. Ngoài ra, vị trí lắp đặt điện gió cũng yêu cầu về sức gió lớn. Do đó, nhà đầu tư cần tính toán và lắp đặt hệ thống tại khu vực phù hợp để tạo ra sản lượng điện cần thiết cho nhu cầu sử dụng.

Có thể gây nguy hiểm cho dân cư gần đó

Trong trường hợp gặp thời tiết khắc nghiệt như gió bão, mưa lớn, cùng việc các tuabin cũng bị xuống cấp theo thời gian do phải hoạt động ngoài trời. Điều này có thể khiến các cánh quạt bị văng ra và gây nguy hiểm cho khu vực gần đó. Do đó, hệ thống các tuabin cần được kiểm tra và bảo trì thường xuyên, đảm bảo an toàn cho con người và các loài động vật.

Ứng dụng của năng lượng gió

Năng lượng gió được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, có thể kể đến như:

• Sản xuất ra điện năng: phục vụ cho mục đích sinh hoạt hay cung cấp điện bổ sung cho lưới điện quốc gia.
• Sử dụng cho mục đích làm mát: Tại các vùng gió mạnh, năng lượng gió được dùng để làm mát các tòa nhà.
• Cung cấp lực cho tàu thuyền di chuyển: Tàu thuyền có thể sử dụng các cánh quạt gió để cung cấp động lực cho việc di chuyển trên biển. Điều này giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải ô nhiễm.

Ngoài ra còn rất nhiều ứng dụng khác sử dụng năng lượng gió để vận hành. Tuy nhiên, gió không tạo ra đều đặn và không thể cung cấp năng lượng liên tục. Vì vậy, năng lượng gió thường được kết hợp với các dạng năng lượng khác như năng lượng mặt trời để đáp ứng tốt hơn nhu cầu người sử dụng. Khác với năng lượng gió, mặt trời phát ra bức xạ ánh sáng cả ngày nên có thể tạo ra điện năng vào tất cả các thời gian trong ngày. Còn về đêm, điện mặt trời được lưu trữ trong ắc quy/pin lithium để sử dụng cho các thiết bị điện trong nhà.

Năng lượng gió là một nguồn năng lượng sạch và bền vững. Việc sử dụng năng lượng gió để tạo ra điện đã được con người biết đến và ứng dụng từ xa xưa. Tuy nhiên phải đến những năm gần đây, năng lượng gió mới được quan tâm và phát triển rộng rãi hơn. Nguyên nhân là do nhu cầu sử dụng điện tăng cao, nhiên liệu hóa thạch cần để sản xuất điện ngày càng lớn. Điều này không chỉ khiến nguồn nguyên liệu bị cạn kiệt mà còn gây ảnh hưởng xấu đến môi trường. Nhận rõ vấn đề này, năng lượng gió được đưa vào để sản xuất điện và được coi như một giải pháp cung cấp năng lượng và bảo vệ môi trường hiệu quả ngày nay.

Năng lượng gió là gì?

Năng lượng gió là cũng là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. Gió được tạo ra từ sự chuyển đổi không khí ở khu vực có áp suất cao đến khu vực có áp suất thấp. Khi gió thổi, cánh quạt của tuabin sẽ quay và làm quay rotor. Rotor được nối với trục chính, trục chính truyền động và làm quay trục quay máy phát. Từ đó, điện sẽ được sinh ra và cung cấp cho nhu cầu của người sử dụng.

Năng lượng gió chuyển đổi thành điện năng như thế nào?

Như đã đề cập ở trên, thông qua tuabin gió, động năng của gió được sử dụng và chuyển đổi thành năng lượng điện. Do đó, khả năng hoạt động của tuabin sẽ phụ thuộc trực tiếp vào sức gió. Cũng vì lý do này mà hệ thống tuabin gió thường được xây dựng với số lượng lớn tại các khu vực có điều kiện gió tốt.

Về nguyên lý hoạt động, các tuabin gió sẽ hoạt động và tạo ra điện năng nhờ các thành phần chính sau:

• Rotor: Đây là thành phần đi cùng với cánh quạt để thu lực gió và biến đổi năng lượng gió thành năng lượng cơ học.
• Hộp số: Được kết nối với động cơ bằng một trục, giúp tăng tốc độ quay từ 30 vòng/phút lên 1500 vòng/phút.
• Máy phát điện: Có chức năng biến đổi cơ năng của quá trình quay cánh quạt, rotor thành năng lượng điện.

Các tuabin gió tạo ra điện năng đều được liên kết với nhau bằng dây cáp ngầm và giúp mang điện đến trạm biến áp. Điện từ đó được phân phối đến các hộ gia đình, nhà máy, xí nghiệp, trường học, bệnh viện…

Các cách tạo ra điện gió

Điện gió thường được tạo ra bằng cách lắp đặt các tuabin gió. Tuy nhiên, còn nhiều phương pháp khác cũng tạo ra năng lượng gió, phục vụ cho nhu cầu sử dụng của con người. Dưới đây là 3 phương pháp tạo ra điện gió được ứng dụng phổ biến hiện nay.

Lắp đặt hệ thống tuabin gió

Tuabin gió thường được lắp gần bờ biển hoặc trên đất liền, ở những khu vực đón được lượng gió nhiều nhất. Khi sức gió càng mạnh, cánh quạt của tuabin quay càng nhanh, rotor và trục quay máy phát cũng xoay nhanh hơn, điều này giúp tạo ra lượng điện năng lớn hơn. Sau đó, điện sẽ được dẫn đến một máy biến áp. Máy biến áp sẽ làm tăng điện áp và được chuyển đến lưới điện quốc gia, phân phối đến địa phương.

Sử dụng cây điện gió tạo ra điện

Hệ thống này cũng là một loại tuabin gió. Tuy nhiên, khác với tuabin gió thường có tiếng ồn khá lớn thì cây điện gió lại không phát ra tiếng ồn. Điều này giúp thiết bị được sử dụng rộng rãi tại các khu vực công cộng như công viên, các khu đô thị,… và không làm ảnh hưởng đến không gian & cảnh quan xung quanh.

Sử dụng diều điện gió tạo ra điện

Đây là phương pháp thường dùng để thay thế cho hệ thống tuabin gió khi việc lắp đặt tuabin gió gặp nhiều khó khăn. Diều điện gió được trang bị các cảm biến để điều khiển bay quanh trạm. Khi đó, 8 cánh quạt trên diều sẽ quay và kích hoạt máy phát tạo ra điện. Điện năng thông qua dây neo sẽ được truyền đến lưới điện quốc gia và phân phối tới từng hộ gia đình.

Ưu, nhược điểm của năng lượng điện gió

Do là một nguồn năng lượng tái tạo nên năng lượng điện gió cũng có những ưu nhược điểm riêng, tương tự như điện năng lượng mặt trời.

Ưu điểm của điện gió

Năng lượng gió mang lại nhiều lợi ích cho cá nhân nhà đầu tư và cả nền kinh tế, xã hội của một quốc gia, bao gồm:

Giảm thiểu phát thải khí CO2

Khác với các nhiên liệu hóa thạch thường phải đốt cháy để tạo ra điện, gió là một nguồn năng lượng sạch, không cần đốt cháy nên không tạo khí CO2 hay các chất thải gây ảnh hưởng đến môi trường. Do đó, dù sản xuất ra bao nhiêu điện năng từ gió cũng không gây bất kỳ một tác động xấu nào đến môi trường.

Nguồn tài nguyên vô tận

Không chỉ có lợi cho môi trường, gió còn là nguồn năng lượng dồi dào, vô tận và có thể sử dụng quanh năm. Do đó, sử dụng năng lượng gió để tạo ra điện sẽ giúp giảm sự phụ thuộc vào các nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng khan hiếm và đắt đỏ hiện nay.

Chi phí ngày càng giảm

Với xu hướng sử dụng năng lượng tái tạo thay thế nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng tăng thì chi phí lắp đặt và sử dụng điện gió cũng giảm dần. Điều này giúp người dùng tiết kiệm tối ưu chi phí đầu tư vào điện gió.

Các lợi nhuận khác

Nếu lắp đặt hệ thống tuabin gió có công suất lớn, lượng điện tạo ra không chỉ cung cấp đủ cho nhu cầu sử dụng của các hộ gia đình mà còn có thể bán lại cho lưới điện quốc gia nếu dư thừa.

Ngoài ra, việc lắp đặt tuabin gió tốn rất nhiều diện tích, nên người dân có thể cho các đơn vị đầu tư thuê lại đất và thu lợi nhuận.

Nhược điểm của điện gió

Mặc dù sở hữu nhiều ưu điểm nhưng điện gió cũng tồn tại một số nhược điểm như:

Bị ảnh hưởng bởi thời tiết

Sản lượng điện tạo ra từ các trạm điện gió phụ thuộc nhiều vào tốc độ gió. Đối với những ngày không có gió, hoặc gió quá yếu sẽ làm ảnh hưởng không nhỏ đến khả năng sản xuất điện của hệ thống.

Gây tiếng ồn

Thông thường các tuabin gió sẽ quay và vận hành với mức âm thanh khá lớn, khoảng 50-60 dB, đây là mức âm thanh mà tai người có thể nghe được. Do đó, khi cả một hệ thống tuabin hoạt động, chúng có thể tạo ra âm thanh lớn, gây khó chịu cho những khu vực xung quanh.

Ảnh hưởng đến động vật hoang dã

Việc xây dựng các trạm điện gió có thể làm thay đổi môi trường sống và ảnh hưởng đến động vật hoang dã. Bên cạnh đó, các loài chim cũng có thể gặp nguy hiểm nếu bay vào khu vực cánh quạt của tuabin, gây mất an toàn cho chúng.

Cần diện tích lắp đặt lớn

Hầu hết các hệ thống điện gió đều cần diện tích lớn để xây dựng. Ngoài ra, vị trí lắp đặt điện gió cũng yêu cầu về sức gió lớn. Do đó, nhà đầu tư cần tính toán và lắp đặt hệ thống tại khu vực phù hợp để tạo ra sản lượng điện cần thiết cho nhu cầu sử dụng.

Có thể gây nguy hiểm cho dân cư gần đó

Trong trường hợp gặp thời tiết khắc nghiệt như gió bão, mưa lớn, cùng việc các tuabin cũng bị xuống cấp theo thời gian do phải hoạt động ngoài trời. Điều này có thể khiến các cánh quạt bị văng ra và gây nguy hiểm cho khu vực gần đó. Do đó, hệ thống các tuabin cần được kiểm tra và bảo trì thường xuyên, đảm bảo an toàn cho con người và các loài động vật.

Ứng dụng của năng lượng gió

Năng lượng gió được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, có thể kể đến như:

• Sản xuất ra điện năng: phục vụ cho mục đích sinh hoạt hay cung cấp điện bổ sung cho lưới điện quốc gia.
• Sử dụng cho mục đích làm mát: Tại các vùng gió mạnh, năng lượng gió được dùng để làm mát các tòa nhà.
• Cung cấp lực cho tàu thuyền di chuyển: Tàu thuyền có thể sử dụng các cánh quạt gió để cung cấp động lực cho việc di chuyển trên biển. Điều này giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải ô nhiễm.

Ngoài ra còn rất nhiều ứng dụng khác sử dụng năng lượng gió để vận hành. Tuy nhiên, gió không tạo ra đều đặn và không thể cung cấp năng lượng liên tục. Vì vậy, năng lượng gió thường được kết hợp với các dạng năng lượng khác như năng lượng mặt trời để đáp ứng tốt hơn nhu cầu người sử dụng. Khác với năng lượng gió, mặt trời phát ra bức xạ ánh sáng cả ngày nên có thể tạo ra điện năng vào tất cả các thời gian trong ngày. Còn về đêm, điện mặt trời được lưu trữ trong ắc quy/pin lithium để sử dụng cho các thiết bị điện trong nhà.