How do wind turbines work? - Rebecca J. Barthelmie and Sara C. Pryor

Translator: Hoàng Trung Lê Reviewer: Thu Ha Tran

Every 24 hours, wind generates enough kinetic energy

Mỗi 24 giờ, gió tạo đủ động năng

to produce roughly 35 times more electricity than humanity uses each day.

để tạo ra gần 35 lần lượng điện mà nhân loại dùng mỗi ngày.

And unlike coal or oil, this resource is totally renewed each day.

Không như than đá hay dầu mỏ, nguồn tài nguyên này được tái tạo mỗi ngày

So how can we harness this incredible amount of energy,

Vậy làm sao ta có thể khai thác được nguồn năng lượng lớn này,

and is it possible to create a world powered entirely by wind?

và liệu có thể hoàn toàn cung cấp năng lượng cho cả thế giới bởi gió?

The basic principle of wind energy is simple.

Nguyên lí cơ bản của phong năng rất đơn giản.

A series of sails or blades mounted around a rotor catch the wind

Một loạt những cánh quạt đặt trên trục của động cơ để bắt gió

and translate its kinetic energy into rotational energy.

và chuyển động năng của chúng thành năng lượng quay.

Traditional windmills use that rotational energy to grind wheat or pump water.

Cối xay gió truyền thống dùng năng lượng quay để xay lúa mì hoặc bơm nước.

But in modern wind turbines, it turns a generator that creates electricity.

Nhưng với tua bin gió hiện đại, nó quay máy phát để tạo ra điện.

This conversion from wind to rotational energy to electricity

Sự chuyển đổi từ gió sang năng lượng quay rồi đến điện

has defined wind turbines since their invention in the late 19th century.

đã định nghĩa tua bin gió từ khi chúng được sáng chế cuối thế kỉ 19.

And there are three primary factors that determine just how much energy

Và có ba yếu tố chính quyết định bao nhiêu năng lượng

they can produce: the size and orientation of the blades,

chúng có thể sản xuất: kích thước và hướng của cánh quạt,

the blade’s aerodynamic design, and the amount of wind turning the rotor.

thiết kế khí động lực học của cánh quạt và lượng gió quay động cơ.

First up, blade orientation.

Đầu tiên, hướng của cánh quạt.

Wind turbines can be designed with their rotor

Tua bin gió có thể được thiết kế với động cơ

on a vertical axis or a horizontal axis.

trên trục thẳng đứng hoặc nằm ngang.

Vertical blades can pick up wind coming from any direction,

Cánh quạt đứng có thể nhận được gió từ mọi hướng,

but with much less efficiency than horizontal axis rotors.

nhưng hiệu suất lại kém hơn trục động cơ nằm ngang.

Horizontal designs allow blades to capture the wind’s full force

Thiết kế ngang cho phép cánh quạt bắt được trọn lực gió

by tracking the wind’s direction and turning to face it.

bằng cách định vị hướng gió và quay đến trực diện nó.

This turning process is called yawing,

Chu trình quay đó gọi là xoay ngang,

and older windmills achieved it through manual monitoring.

và các cối xay gió cũ đạt được điều đó bằng cách điều chỉnh thủ công.

Today, wind sensors and computer systems automatically adjust the blades

Ngày nay, cảm biến gió và hệ thống máy tính tự động điều chỉnh cánh quạt

with expert precision to capture as much energy as possible.

với độ chính xác cao để bắt được nhiều phong năng nhất có thể.

Outside rotor orientation,

Ngoài việc xoay động cơ,

the blades themselves need to be shaped to maximize efficiency.

chính cánh quạt cần được định hình để đạt hiệu suất tối đa.

While early designs used flat blades,

Khi những thiết kế ban đầu dùng cánh phẳng,

modern blades are curved like airplane wings.

cánh quạt hiện đại cong như cánh máy bay.

Wind travels faster over the curved surface,

Gió thổi nhanh hơn bề mặt cong,

creating a low-pressure pocket above the blade that forces it upwards.

tạo ra một vùng áp suất thấp trên cánh khiến nó di chuyển lên.

Since the amount of lift depends on the angle

Vì lực nâng phụ thuộc vào góc

at which the wind is moving relative to the blade,

mà gió thổi tương đối với cánh quạt,

modern blades also incorporate a twist,

cánh quạt hiện đại được kết hợp một góc xoắn,

optimizing how much of the blade can cut into the wind.

tối ưu góc cắt của cánh quạt với gió.

Made of fiberglass and resin layers, these blades are strong enough

Được làm từ sợi thủy tinh và lớp phủ resin những cánh quạt này đủ bền

to operate through rain, lightning, and blistering sunlight for over 20 years.

để hoạt động trong mưa, sấm sét và nắng nóng gay gắt trong hơn 20 năm.

Even with aerodynamic blades and a horizontal rotor,

Dù với cánh quạt khí động lực học và động cơ ngang,

a wind turbine can only capture wind if it's in a windy environment.

tua bin gió chỉ có thể bắt gió trong môi trường nhiều gió.

Wind speeds typically increase the higher into the atmosphere you travel.

Tốc độ gió thường tăng khi di chuyển cao hơn lên khí quyển.

So today, most turbines are well over 100 meters tall,

Vậy nên ngày nay, đa số các tua bin đều cao hơn 100 mét,

with equally large rotor diameters.

với đường kính động cơ lớn tương xứng.

A turbine of this height and size can capture a huge amount of wind,

Một tua bin với độ cao và kích thước này có thể bắt được rất nhiều gió,

generating enough electricity every year to power 750 American homes.

tạo đủ điện mỗi năm để cung cấp cho 750 hộ dân Mỹ.

A wind farm of 200 similarly sized turbines

Một trang trại điện gió với 200 tua bin cùng kích cỡ

could power over 150,000 American homes— or twice as many European homes—

có thể cung cấp năng lượng cho 150.000 hộ dân Mỹ, hay gấp đôi số hộ dân châu Âu

for an entire year.

cho một năm.

Offshore wind farms contain an even greater number of even larger turbines.

Trang trại điện gió biển có nhiều tua bin với kích cỡ lớn hơn.

In 2019, the largest wind turbine ever built

Vào 2019, tua bin gió lớn nhất được chế tạo

began operating off the coast of the Netherlands.

bắt đầu hoạt động ngoài khơi Hà Lan.

With a rotor diameter of 220 meters, just one of these turbines

Với đường kính rô-tơ lên đến 220 mét, chỉ một tua bin này

can meet the annual power needs of 16,000 European households.

có thể cung cấp đủ cho nhu cầu của 16.000 hộ dân châu Âu mỗi năm.

Despite its amazing potential, wind energy still faces challenges.

Dù tiềm năng rất lớn, điện gió vẫn đang đối mặt nhiều thách thức

Wind may be a free and unlimited fuel,

Gió có thể là nguồn tài nguyên miễn phí và vô tận,

but no matter how large or efficient a turbine is

nhưng dù tua bin gió có lớn hay hiệu suất đến thế nào

there's a mathematical limit to how much wind it can convert into electricity.

có một giới hạn toán học về lượng gió có thể chuyển đổi thành điện.

German physicist Albert Betz calculated

Nhà vật lí người Đức Albert Betz đã tính

that since some wind must remain to keep the blades spinning,

rằng vì phải còn gió để giữ cánh quạt chuyển động,

a turbine can only ever capture 59.3% of the wind’s energy.

một tua bin chỉ có thể thu được 59,3% phong năng.

Additionally, some people feel turbines disrupt natural scenery,

Ngoài ra, vài người cảm thấy tua bin gió phá hủy cảnh quan tự nhiên,

and wind energy’s intermittent availability

và tính chất gián đoạn của phong năng

can make it difficult to integrate into electrical grids.

có thể khiến việc hòa vào lưới điện rất khó.

But even with these challenges, modern wind turbines have made wind energy

Nhưng dù có khó khăn, tua bin gió hiện đại đã biến năng lượng gió

the most efficient and inexpensive source of electricity.

thành nguồn điện tối ưu và rẻ nhất.

Wind turbines already provide essential energy for communities around the world.

Tua bin gió đã và đang cung cấp năng lượng thiết yếu cho các cộng đồng toàn thế giới.

And for many farmers, hosting a wind turbine

Và với nhiều nông dân, làm chủ một tua bin gió

can be a reliable source of additional income.

có thể là một nguồn thu nhập thêm ổn định.

With continued improvements in wind forecasting,

Với sự phát triển từng ngày trong việc dự báo gió,

electrical grid infrastructure and energy storage,

hạ tầng lưới điện và trữ năng lượng,

wind power might blow away all our energy problems.

năng lượng gió có thể sẽ thổi bay mọi vấn đề năng lượng của chúng ta.