Tua bin gió đã có kích thước tòa nhà chọc trời. Có bất kỳ giới hạn nào về mức độ lớn mà chúng sẽ nhận được không?

Tua bin gió đã có kích thước tòa nhà chọc trời. Có bất kỳ giới hạn nào về mức độ lớn mà chúng sẽ nhận được không?

    Tua bin gió đã có kích thước tòa nhà chọc trời. Có bất kỳ giới hạn nào về mức độ lớn mà chúng sẽ nhận được không?

    Wind turbines are already skyscraper-sized—is there any limit to how big they will get?

    Nguồn: Fokke Baarssen / Shutterstock


    Vào năm 2023, cách bờ biển phía đông bắc nước Anh khoảng 100 dặm, những tua-bin gió lớn nhất thế giới sẽ bắt đầu phát điện. Giai đoạn đầu tiên của quá trình phát triển trang trại gió ngoài khơi Dogger Bank này sử dụng Haliade X của General Electric, một tuabin cao hơn một phần tư km tính từ mặt biển đến điểm cao nhất của đầu cánh quạt.

    Nếu bạn đặt một cái ở London, nó sẽ là công trình kiến trúc cao thứ ba trong thành phố, cao hơn Quảng trường One Canada ở Canary Wharf và chỉ thấp hơn Shard 50 mét. Mỗi cánh trong ba cánh của nó sẽ dài hơn chiều cao của tháp đồng hồ Big Ben. Và Dogger Bank cuối cùng sẽ có gần 300 người khổng lồ này.

    Đã hai thập kỷ trôi qua kể từ khi trang trại gió ngoài khơi thích hợp đầu tiên của Vương quốc Anh được xây dựng ngoài khơi bờ biển phía bắc xứ Wales. Mỗi tuabin của nó có thể sản xuất 2 megawatt (MW) điện trong điều kiện lý tưởng—được coi là rất lớn vào thời điểm đó. Ngược lại, Haliade X có thể sản xuất 13MW điện và tua-bin 15MW chỉ còn một hoặc hai năm nữa.

    Vậy tại sao các tua-bin lại tăng kích thước với tốc độ nhanh như vậy và liệu có giới hạn nào về kích thước của chúng không? Nói tóm lại, câu trả lời đầu tiên là giảm chi phí năng lượng và câu trả lời thứ hai là phải có giới hạn—nhưng chưa có ai đưa ra con số cho nó.

    Tua bin lớn, điện giá rẻ

    Chỉ 5 năm trước, ngành công nghiệp gió ngoài khơi đã hy vọng giảm giá năng lượng xuống dưới £100 mỗi megawatt giờ vào năm 2020 từ các dự án mới ở vùng biển của Vương quốc Anh. Ngay cả ở mức đó, các dự án vẫn phải dựa vào trợ cấp của chính phủ để đạt được hiệu quả kinh tế so với các loại hình phát điện khác.

    Nhưng trên thực tế, chi phí giảm nhanh chóng đến mức các nhà phát triển trang trại gió ngoài khơi đã sớm cam kết bán điện của họ với giá thấp hơn nhiều. Ngày nay, các nhà phát triển đang xây dựng các trang trại gió như Dogger Bank, nơi họ đã cam kết mức giá dưới £50 mỗi megawatt giờ. Điều này làm cho gió ngoài khơi cạnh tranh với các hình thức phát điện khác, loại bỏ hiệu quả nhu cầu trợ cấp.

    Wind turbines are already skyscraper-sized—is there any limit to how big they will get?
    Tiếp theo: Tua bin cỡ Eiffel? Tín dụng: Năng lượng tái tạo GE / Facebook
    Yếu tố chính giúp giảm các chi phí này là kích thước tua-bin. Tua-bin ngày càng lớn hơn được tung ra thị trường nhanh hơn hầu hết mọi người trong ngành dự kiến.

    Lưỡi dao không thể quay quá nhanh

    Về lý thuyết, tua-bin có thể tiếp tục lớn hơn. Rốt cuộc, một cánh quạt lớn hơn sẽ lấy năng lượng từ gió trên một diện tích lớn hơn khi nó quay, tạo ra nhiều điện hơn.

    Nhưng có một số hạn chế kỹ thuật. Một lo ngại về sự xói mòn của các cánh quạt do chúng va chạm với các hạt mưa và nước biển. Đối với các thiết kế hiện tại, tốc độ của các đầu lưỡi dao phải được giới hạn ở 90 mét mỗi giây (tương đương với vận tốc dưới 200 dặm/giờ) để tránh xói mòn. Do đó, khi tua-bin lớn hơn và cánh quạt dài hơn, cánh quạt của chúng phải quay chậm hơn.

    Hệ quả của việc phải làm chậm cánh quạt là để tạo ra cùng một lượng điện năng, các cánh quạt phải làm lệch hướng gió ở mức độ lớn hơn. Điều này dẫn đến lực tác động lên toàn bộ tuabin tăng lên rất nhiều. Chúng ta có thể giải quyết những lực lớn này, nhưng chỉ bằng cách tăng cả trọng lượng và chi phí của tuabin. Và điều đó có nghĩa là điểm mà tại đó tua-bin trở nên không có lợi nhuận—điểm mà tại đó chi phí tăng thêm không còn xứng đáng với giá trị điện tăng thêm được tạo ra—sẽ đạt đến sớm hơn nhiều so với nếu các đầu cánh quạt được phép quay nhanh hơn.

    Ngoài ra, khi lưỡi dài hơn, chúng trở nên linh hoạt hơn. Điều này khiến việc kiểm soát hoàn toàn tính khí động học của luồng gió xung quanh chúng trở nên khó khăn hơn và khó đảm bảo các cánh quạt không va vào tháp tua-bin trong điều kiện gió khắc nghiệt.

    ràng buộc hậu cần

    Wind turbines are already skyscraper-sized—is there any limit to how big they will get?

    Dogger Bank là nơi lý tưởng để đón gió ngoài khơi vì nước rất nông. Khi hoàn thành, dự án sẽ cung cấp điện cho 6 triệu hộ gia đình ở Vương quốc Anh. Nguồn: Trang trại gió Dogger Bank


    Tuy nhiên, những thách thức kỹ thuật như thế này có thể được giải quyết trong thời gian dài hơn. Điều này có nghĩa là các tuabin gió có nhiều khả năng bị giới hạn về kích thước do các vấn đề sản xuất, lắp đặt và vận hành, hơn là bất kỳ giới hạn vật lý nào đối với thiết kế của tuabin.

    Việc vận chuyển cánh quạt và tháp từ nhà máy đến địa điểm và lắp ráp tuabin khi bạn đến đó là những thách thức lớn. Mỗi lưỡi kiếm cỡ Big Ben đó phải được vận chuyển thành một mảnh. Điều này đòi hỏi các cảng lớn, tàu khổng lồ và cần cẩu có thể hoạt động an toàn và đáng tin cậy ở xa bờ. Đây là nơi giới hạn có nhiều khả năng đến từ đó.

    Bạn có thể thấy những giới hạn này trong thực tế ở Vương quốc Anh, nơi được bao quanh bởi biển nông và lộng gió, rất lý tưởng để tạo ra năng lượng. Mặc dù vậy, Vương quốc Anh có thể sẽ không đạt được mục tiêu đầy tham vọng của mình là tăng gấp ba lần công suất điện gió ngoài khơi vào năm 2030.

    Đây không phải là do công nghệ hoặc thiếu các trang web nước ngoài. Thay vào đó, ngành công nghiệp sẽ không thể sản xuất tua-bin đủ nhanh và cơ sở hạ tầng cảng 

    cấu trúc và số lượng tàu lắp đặt, cần cẩu phù hợp và công nhân có kỹ năng cần thiết dường như không đủ.

    Vì vậy, nếu Vương quốc Anh muốn tối đa hóa lợi ích cho nền kinh tế của mình từ câu chuyện thành công tuyệt vời cho đến nay, thì trọng tâm bây giờ cần chuyển từ giảm chi phí thuần túy sang phát triển kỹ năng của người lao động và chuỗi cung ứng gió ngoài khơi.

    Tôi chắc chắn rằng các tua-bin sẽ lớn hơn, nhưng tôi nghi ngờ với tốc độ chậm hơn so với những gì chúng ta đã thấy trong những năm gần đây. Và nếu các tua-bin được triển khai ngoài khơi 100 dặm, liệu có ai quan tâm không? Rốt cuộc, công chúng sẽ không ở đó để xem chúng.

    Zalo
    Hotline