Phong điện được xem như tương lai của ngành điện. Nhưng ít ai ngờ, tương lai của phong điện lại phụ thuộc vào một thiết bị giống như cái cầu chì thường thấy trong các hộ gia đình.
Ảnh: GE Renewable Energy.
Tua-bin Haliade-X sẽ đưa phong điện ngoài khơi lên một tầm cao mới! Kết luận đó đến từ những thông số cụ thể: Chiều dài cột tháp từ chân đến đỉnh cánh quạt là 260 m, cao hơn nửa tòa nhà Empire State; sải cánh quạt dài 107 m; và công suất là 12 MW, tăng 26% so với mức trần 9,5 MW hiện nay.
Một Haliade-X đủ sức cấp điện cho 16.000 hộ gia đình châu Âu, tăng đáng kể năng suất cấp điện tái tạo bình quân trên tua-bin. Nhưng để Haliade-X có thể vận hành tối ưu, nhiều chi tiết đã sửa đổi, nâng cấp, trong đó có thiết bị đóng-ngắt nguồn điện (switchgear).
Nói một cách dễ hiểu, thiết bị đóng-ngắt có vai trò như hộp cầu chì trong hộ gia đình nhưng có kích thước lớn hơn nhiều lần. Nó cho phép đấu nối nguồn điện phát từ tua-bin lên lưới điện, đồng thời cắt điện khi xảy ra sự cố như tua-bin bị sét đánh hoặc khi lưới điện quá tải.
Với kích thước khổng lồ và công suất cực lớn của Haliade-X, thiết bị đóng-ngắt cao thế phải có khả năng xử lý mức điện áp 66 kV. Mức điện áp cao có ý nghĩa quan trọng, vì nó đảm bảo tỷ lệ thất thoát điện năng truyền tải từ tua-bin vào bờ là thấp nhất. Tuy vây, máy đóng-ngắt 66 kV thường được sử dụng trong các nhà máy điện nhỏ trên bờ lại có kích thước quá lớn, không thể đặt vừa trong tháp tua-bin phong điện. Ngoài ra, máy đóng-ngắt trong trạm biến áp cũng không thể đặt tách riêng khỏi tháp tua-bin như đối với loại tua-bin trên bờ vì thời tiết, điều kiện trên biển, đặc biệt là vùng nước sâu nơi Haliade-X vận hành, vô cùng khắc nghiệt; thiết bị đóng-ngắt do đó phải được đặt an toàn bên trong tháp tua-bin.
Haliade-X là tua-bin gió xa bờ lớn nhất thế giới hiện nay. Ảnh minh họa kích thước tua-bin: GE Renewable Energy.
“Thách thức ở đây là phải chế tạo một máy đóng-ngắt thật nhỏ gọn vì khoảng trống bên trong tua-bin gió không nhiều”, Dirk Uhde, giám đốc sản phẩm trạm biến áp cách điện bằng khí ga (GIS) của GE Grid Solutions, nói.
Trong ba năm qua, các kỹ sư GE đã kết hợp nhiều sửa đổi và sáng tạo để tạo ra một máy đóng-ngắt nhỏ gọn, đáp ứng được yêu cầu công suất lớn của Haliade-X. Họ sử dụng đầu nối chữ T nhỏ (thường dùng trong thiết bị điện áp thấp hơn) để đấu nối tua-bin vào lưới điện. Đồng thời, họ cũng chế tạo thiết bị chống sét mới, nhỏ gọn hơn để giảm điện áp trong sự cố tăng áp đột biến như sét đánh. Kết quả của những sáng tạo này là máy đóng-ngắt F35 có kích thước nhỏ hơn 30% so với các loại máy đóng-ngắt 66 kV trước đó.
Ban đầu, các kỹ sư dự tính chuyển sang dùng thiết bị thay thế có mức điện áp thấp hơn, khoảng 33 kV, để đặt vừa trong tháp tua-bin, nhưng điều này làm giảm ưu điểm của loại tua-bin lớn. “Chúng tôi muốn thu được nhiều điện năng từ các tua-bin xa bờ này”, Uhde nói. “Để truyền tải công suất lớn như vậy về đất liền, ta phải sử dụng hệ thống cao thế”.
GE Grid Solutions đã ra mắt F35 tại Diễn đàn Toàn cầu của Ngành Điện (CIGRE 2018) vừa qua ở Paris. Máy đóng-ngắt nhỏ gọn này sẽ được trang bị cho tất cả các tua-bin Haliade-X dự kiến sẽ giao hàng năm 2021. Ngoài ra, nó cũng có thể được sử dụng trong các nhà máy điện, như trong trạm biến áp công nghiệp hoặc trạm biến áp đô thị. Nhờ có kích thước nhỏ gọn, F35 có thể được lắp đặt bên dưới các tòa nhà hoặc trong kho của nhà máy điện. F35 sử dụng g3, chất khí cách điện “sạch hơn” SF6 – loại khí thường được sử dụng trong các trạm GIS.
“Trong những năm tới, phong điện xa bờ sẽ cần tới những tua-bin lớn hơn nữa”, Uhde nói. “Thiết bị như F35 sẽ giúp các tua-bin gió đó tối ưu công suất hoạt động”.
Minh họa máy đóng-ngắt F35 đặt trong cột tháp tua-bin gió. Ảnh: GE Power.
Để xem các tin bài khác về Công nghiệp năng lượng, hãy nhấn vào đây
(Nguồn: Dorothy Pomerantz/ GE Report)
