TP. Hồ Chí Minh làm chủ công nghệ tuabin gió đa tầng cánh công suất 2 kW

Sở Khoa học và Công nghệ TP. Hồ Chí Minh vừa tổ chức hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ khoa học và công nghệ “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo tuabin điện gió trục ngang đa tầng cánh công suất 2000W”. Nhiệm vụ do Viện Phát triển Năng lượng Bền vững chủ trì, PGS.TS Nguyễn Thế Bảo làm chủ nhiệm.

Toàn cảnh hội đồng nghiệm thu nhiệm vụ khoa học và công nghệ.

Trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch dần cạn kiệt và yêu cầu cắt giảm phát thải ngày càng cấp thiết, Việt Nam đang đẩy mạnh chuyển dịch cơ cấu năng lượng theo hướng tăng tỷ trọng năng lượng tái tạo. Với lợi thế bờ biển dài cùng nhiều khu vực có tiềm năng gió, đặc biệt tại duyên hải miền Trung, Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và hải đảo, điện gió được đánh giá là nguồn năng lượng còn nhiều dư địa phát triển.

Tuy nhiên, việc ứng dụng tuabin gió công suất nhỏ dưới 10 kW phục vụ hộ gia đình, trang trại, trạm viễn thông và khu vực chưa có lưới điện vẫn còn hạn chế. Vì vậy, việc triển khai nhiệm vụ nhằm phát triển thiết bị phù hợp với điều kiện gió tại Việt Nam, có khả năng vận hành ổn định, hiệu quả và bổ trợ cho các nguồn điện tái tạo tại chỗ là cần thiết.

Nhiệm vụ với mục tiêu hướng đến làm chủ quy trình thiết kế, chế tạo tuabin gió trục ngang đa tầng cánh công suất nhỏ, sử dụng vật liệu có khả năng tái chế. Trọng tâm là chế tạo tuabin hai tầng cánh công suất 2 kW, xây dựng mô hình ba tầng cánh, hoàn thiện bản vẽ, quy trình lắp đặt, vận hành, bảo trì và các sản phẩm khoa học, đào tạo, sở hữu trí tuệ liên quan.

Chế tạo thành công tuabin đa tầng cánh

Theo nhóm nghiên cứu, nhiệm vụ đã chế tạo thành công một bộ tuabin gió hai tầng cánh công suất 2 kW và một mô hình thử nghiệm tuabin ba tầng cánh cùng công suất. Các rotor được bố trí nối tiếp trên cùng một trục nhưng quay độc lập, cho phép tầng cánh phía sau tiếp tục thu hồi phần động năng còn lại của dòng gió sau khi đi qua tầng cánh trước.

PGS.TS Nguyễn Thế Bảo - chủ nhiệm nhiệm vụ báo cáo tóm tắt kết quả tại hội đồng nghiệm thu.

Hệ thống sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu, truyền động trực tiếp và không cần hộp số. Cơ cấu đồng trục quay ngược chiều góp phần nâng cao khả năng phát điện trong điều kiện gió thấp. Kết quả thử nghiệm cho thấy tuabin có thể bắt đầu hoạt động khi tốc độ gió đạt khoảng 2-2,5 m/s.

Cánh tuabin được phát triển riêng cho dải tốc độ gió thấp và chế tạo bằng hợp kim nhôm, vừa bảo đảm độ chính xác, khả năng chịu mỏi, vừa thuận lợi cho việc tái chế sau khi kết thúc vòng đời sử dụng.

Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy công suất của tuabin hai tầng cánh được cải thiện trung bình 267% so với cấu hình một tầng cánh đồng dạng. Trên cơ sở đó, nhóm nghiên cứu tiếp tục phát triển mô hình ba tầng cánh, trong đó tầng thứ ba có bán kính lớn hơn khoảng 24% so với hai tầng phía trước nhằm tiếp nhận phần dòng khí giãn nở ở khu vực hạ lưu.

Thử nghiệm trong dải tốc độ gió từ 3-8 m/s cho thấy cấu hình ba tầng cánh tăng công suất từ 30% đến 94% so với tuabin hai tầng cánh. Kết quả này chứng minh việc mở rộng đĩa quét của tầng cánh phía sau có thể thu hồi thêm động năng từ dòng gió, qua đó nâng cao hiệu quả phát điện.

Bên cạnh sản phẩm thiết bị, nhiệm vụ còn hoàn thiện các bộ bản vẽ thiết kế, tài liệu hướng dẫn lắp đặt, vận hành, bảo trì và hồ sơ tính toán độ bền của hệ thống. Nhóm nghiên cứu cũng công bố các bài báo khoa học, xuất bản sách chuyên khảo, hỗ trợ đào tạo nghiên cứu sinh và thực hiện đăng ký bảo hộ các giải pháp kỹ thuật liên quan.

Khả năng ứng dụng nguồn điện tại chỗ

Hệ thống tuabin hai tầng cánh công suất 2 kW đã được lắp đặt thử nghiệm tại một trang trại ở huyện Krông Pắk, tỉnh Đắk Lắk, kết hợp với pin lithium 48 VDC để cung cấp điện độc lập cho các phụ tải sinh hoạt.

Sau sáu tháng vận hành trong điều kiện thời tiết tự nhiên, hệ thống hoạt động ổn định, không ghi nhận sự cố cơ khí hoặc cháy nổ điện. Khi tốc độ gió đạt 7 m/s, công suất phát điện vượt mức thiết kế 2 kW; ở tốc độ khoảng 9 m/s, công suất đạt gần 3 kW và tăng lên gần 3,5 kW khi tốc độ gió đạt 10,8 m/s.

Theo nhóm nghiên cứu, sản phẩm có thể được ứng dụng tại khu vực nông thôn, trang trại, vùng nuôi trồng thủy sản, khu nghỉ dưỡng ven biển, trạm viễn thông, đồn biên phòng và hải đảo chưa có lưới điện quốc gia. Thiết bị cũng có thể kết hợp với điện mặt trời và hệ thống lưu trữ để hình thành nguồn điện tái tạo độc lập, góp phần bảo đảm nguồn điện tại những khu vực còn khó khăn về hạ tầng.

Việc làm chủ thiết kế và sản xuất trong nước được kỳ vọng giúp giảm giá thành thiết bị khoảng 40-50% so với sản phẩm nhập khẩu, đồng thời tạo thuận lợi trong quá trình bảo trì, thay thế linh kiện và điều chỉnh thiết bị theo điều kiện sử dụng thực tế.

Các đại biểu chụp hình lưu niệm.

Kết quả nhiệm vụ đã hình thành sản phẩm tuabin gió công suất nhỏ có khả năng ứng dụng, tạo nền tảng để tiếp tục hoàn thiện công nghệ, triển khai sản xuất thử nghiệm và mở rộng quy mô công suất. Qua đó, sản phẩm góp phần đa dạng hóa nguồn điện tại chỗ và thúc đẩy quá trình chuyển dịch năng lượng theo hướng xanh, bền vững.

Hội đồng thống nhất nghiệm thu nhiệm vụ, đồng thời đề nghị nhóm nghiên cứu tiếp thu các ý kiến góp ý để bổ sung, hoàn thiện những nội dung liên quan.

Nguyễn Tuyết