“Người khổng lồ” của phong điện

Tuabin mới nhất của GE là thiết bị khổng lồ với cánh quạt có độ dài tương đương sải cánh của Boeing 747-8 và công suất đủ để cấp điện cho 5.000 hộ gia đình châu Âu. Ảnh: GE Renewable Energy.

Trong cuộc đua năng lượng tái tạo phi carbon, phong điện đã cho thấy nhiều tín hiệu khả quan, nhất là chi phí sản xuất đã giảm một nửa so với 10 năm trước. Vậy những công ty sản xuất tuabin điện gió có thể làm gì giảm chi phí hơn nữa? Câu trả lời là: tạo ra tuabin càng lớn càng tốt.

Vào những năm 1980, một vòng quay cánh quạt của tuabin phong điện thương mại có thể lớn bằng một sân bóng rổ NBA. Sau đó, tuabin gió đã được cải tiến rất nhiều. Đầu tháng 9 vừa qua, GE đã ra mắt tuabin phong điện lớn nhất của hãng. Tuabin này có trục quay “khủng” với đường kính dài hơn 1,5 độ dài sân bóng bầu dục Mỹ; mỗi cánh quạt gió dài tương đương toàn bộ sải cánh của một chiếc Boeing 747-8. Một người bình thường sẽ mất khoảng 2 phút để đi từ đầu này đến đầu kia cánh quạt.

Xu thế trong chế tạo quạt gió hiện nay là tăng kích thước vì người ta có thể gia tăng sản lượng điện bằng cách tăng tốc độ gió nhờ đưa cánh quạt lên độ cao lớn hơn và gia tăng kích thước quạt gió. Cánh quạt tuabin gió càng lớn thì càng nhiều gia đình sẽ có điện.

Các công ty sản xuất tuabin phong điện đang đua nhau chế tạo ra những cánh quạt lớn hơn vì chúng có thể quét một khu vực rộng hơn và thu được nhiều gió hơn. Điều này có thể không cần thiết ở những vùng lộng gió như các ngọn đồi rộng lớn ở Bắc California, nhưng lại rất có ý nghĩa với những vùng gió nhẹ hơn như Úc, Đức, Thổ Nhĩ Kỳ và nội vùng lục địa châu Âu. “Những nơi nhiều gió đều đã được khai thác,” Minesh Shah, Giám đốc dự án tuabin thế hệ mới của GE, giải thích về xu hướng tăng kích thước cánh quạt. “Gia tăng sản lượng điện từ một tuabin ngày càng quan trọng”.

Tuabin mới nhất của GE, được gọi là “4.8-158” do có công suất 4,8 MW và đường kính trục quạt gió dài 158 m, đã đánh dấu một cột mốc chế tạo mới. Đây là tuabin lớn nhất của GE và là một trong những tuabin lớn nhất trên đất liền. Tuabin này có sản lượng điện cao hơn 30% so với mẫu tuabin trước đó và có thể cấp điện cho 5.000 hộ gia đình châu Âu. Một cải tiến lớn nữa ở tuabin mới là dù có kích thước lớn hơn nhiều, mẫu mới giảm được 104 decibel tiếng ồn so với mẫu trước.

Dù là xu hướng chủ đạo, chế tạo tuabin cỡ lớn không hề đơn giản. Thiết bị lớn hơn thường nặng hơn và khó điều khiển hơn. Vì vậy, nếu cánh quạt truyền thống được làm từ sợi thuỷ tinh, thì cánh của tuabin mới lại được chế tạo từ sợi carbon để giảm trọng lượng. Đồng thời, các cột tuabin có độ cao 240 m – tương đương khoảng 2/3 tháp Eiffel – cũng được làm bằng ít thép hơn. Người ta cũng phải dùng những vật liệu nhẹ hơn để chế tạo các chi tiết trong rotor, Shah cho biết.

Nhờ có công nghệ thông minh hơn, tuabin phong điện ngày càng sản xuất nhiều điện hơn và tiết kiệm hơn. Vật liệu dùng trong rotor, thuê gia công ngoài, hậu cần và phần mềm điều khiển là những yếu tố tạo nên sự khác biệt. Ngoài ra, tuabin 4.8-158 còn sử dụng những hệ thống kiểm soát thế hệ mới của GE để liên tục tối ưu hoá năng lực sản xuất trong điều kiện gió có sẵn. Tuabin này cũng được tích hợp hệ thống Quản lý Hiệu suất Tài sản (APM) của GE để sớm phát hiện sớm nguy cơ, bảo dưỡng theo kế hoạch thay cho sửa chữa, … nhờ đó giảm chi phí vận hành. GE hy vọng, khách hàng sẽ giảm được thêm 15% chi phí bảo dưỡng với với tuabin 4,8 MW mới nhờ vào tính năng chẩn đoán thời gian thực.

Tuabin mới cũng sẽ có vòng đời dài hơn. “Chúng tôi đang thiết kế tuabin có tuổi thọ 25 tuổi,” Shah cho biết và nói thêm rằng trong điều kiện thuận lợi, tuabin còn có thể hoạt động lâu hơn. “Nếu tuabin có thể hoạt động từ 25 đến 30 năm, chi phí sản xuất điện sẽ giảm đáng kể,” ông giải thích.

Cuộc đua phát triển năng lượng tái tạo đã giúp giảm giá thành điện tái tạo nhưng giá bán điện đang biến động mạnh do những thay đổi về chính sách. Để hỗ trợ phong điện, nhiều quốc gia từng áp dụng chính sách Giá bán cố định theo giá sản xuất (feed-in tariff – FiD) nhưng hiện đã ngừng hoặc bị xoá bỏ chính sách này. “Do đó, phong điện phải tự lực cánh sinh,” Shah nói và nhấn mạnh một yếu tố khác là nhu cầu sử dụng năng lượng sạch tăng lên “nhưng khách hàng không muốn trả thêm tiền”.

Tuabin lớn có thể là lời giải cho bài toán đó. Với tuabin mới của GE, chi phí của phong điện sẽ còn giảm sâu hơn nữa.