Chuyên ngành điện gió và khuyến cáo của chuyên gia về những rủi ro từ thiên nhiên

Các bộ đang xử lý kiến nghị của Tạp chí NLVN về tài chính, công nghệ cho năng lượng sạch Văn phòng Chính phủ vừa có Văn bản số: 1679/PC-VPCP về việc chuyển báo cáo kết quả “Diễn đàn quốc tế về Tài chính và Công nghệ cho các dự án năng lượng Sạch Việt Nam (lần thứ Nhất)” và Bình chọn “TOP thương hiệu thiết bị điện uy tín ở Việt Nam năm 2020” của Hội đồng Khoa học Tạp chí Năng lượng Việt Nam đến Bộ Công Thương, Bộ Kế hoạch và Đầu tư, Ngân hàng Nhà nước Việt Nam để xem xét, xử lý.

Điểm qua những thiệt hại do sét gây ra trong thời gian gần đây:

Giám đốc điều hành hãng Vestas Wind Systems (Vestas) - Tập đoàn sản xuất tua bin gió lớn nhất trên thế giới của Đan Mạch cho biết: Chỉ riêng trong quý 2/2020 hãng này đã phải chi ra tới 175 triệu euro để khắc phục sự cố do “sét cường độ cao” gây ra.

Henrik Andersen - CEO của Vestas cho hay: Rất nhiều cánh quạt tua bin gió đã bị hư hỏng nặng, “các sự cố không thực sự rõ ràng, nhưng thiệt hại lại khá rõ, khiến doanh thu Vestas trước thuế giảm 94 triệu euro so với cùng kỳ năm 2019”.

Câu chuyện của Vestas chỉ là một trong nhiều ví dụ điển hình về hậu quả sét đánh gây ra cho ngành năng lượng gió. Các chuyên gia năng lượng tái tạo cảnh báo, vấn đề sẽ không dừng ở đây, nó còn tồi tệ hơn khi các tua bin ngày càng cao và cánh quạt lại được chế từ carbon.

Đó là ở Bắc Âu, còn ở Việt Nam chúng ta thì sao? Theo Tuoitre.vn số ra đầu tháng 1 năm 2020, một tua bin điện gió đầu tiên bị cháy ở Việt Nam vì sét đánh. Đó là tua bin gió của Nhà máy điện gió Bình Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận, cháy rụi vào ngày 5/1/2020, gây thiệt hại ước tính trên 70 tỉ đồng. Tuổi Trẻ Online dẫn lời ông Bùi Văn Thịnh - Chủ tịch Hiệp hội Điện gió Bình Thuận cho biết: Sự cố cháy tua bin điện gió trên thế giới là hiếm gặp, nhưng thiệt hại thì không hề nhỏ do toàn bộ tua bin đã bị hỏng và trụ đỡ cũng biến dạng. Đây là bài học cho các nhà đầu tư điện gió ở Việt Nam, vì vậy, khi đầu tư cần tuân thủ nghiêm ngặt quy trình vận hành, bảo dưỡng của nhà sản xuất và quy định của quốc gia, nên mua bảo hiểm để chia sẻ rủi ro (nếu có).

Phân tích về nguyên nhân các sự cố tua bin gió, giới chuyên gia cho rằng: Khi đưa vào sản xuất, cần cập nhật, sửa chữa những lỗi mà nhà sản xuất khuyến cáo dựa trên những dự án tương tự trên thế giới có môi trường hoạt động như Việt Nam.

Nhận biết rủi ro do sét đánh:

Như đã đề cập, cấu trúc càng cao thì càng dễ bị sét đánh, đặc biệt là trên vùng đồng bằng bằng phẳng, không có các vật dụng, cây cối xung quanh và đây cũng lại là nơi lý tưởng cho các tua bin gió.

Ông Soren F. Madsen - Trưởng bộ phận nghiên cứu chống sét toàn cầu của hãng Polytech A/S (Đan Mạch) - người đã có trên 15 năm thâm niên trong lĩnh vực chống sét cho tua bin gió cho hay: Trung bình 1 cánh quạt tua bin bị sét đánh khoảng 20 lần trong suốt đời dự án, nhưng số lần còn phụ thuộc vào vị trí tua bin lắp đặt.

Theo Soren F. Madsen có hai loại sét đánh: Một là bắt đầu trong cơn giông và sau đó lan truyền xuống dưới từ đỉnh tua bin được gọi là ‘tia sét hướng xuống’ - và loại kia ‘tia sét hướng lên’, xảy ra khi tua bin trở nên rất cao và chính nó tạo ra sét, nếu không sét sẽ tự đến.

“Ban đầu, khi tranh luận về nguy cơ sét đánh tua bin, người ta chưa hiểu rõ về nguy cơ, điều này dẫn đến việc đánh giá thấp số lượng sét đánh mà tua bin thực sự phải hứng chịu, vì vậy, cần xem xét đến mọi yếu tố để đánh giá rủi ro, nhất là môi trường trước khi lắp dựng” - Madsen nhấn mạnh.

Hiệu ứng sét hướng lên bắt đầu xảy ra khi tua bin có chiều cao vượt quá 100 m. Các cấu trúc hiện đại có thể dễ dàng vượt quá 200 m. Vì vậy, khoảng 70% tất cả các trận sét đánh được đo kiểm, phát hiện thấy nó thực sự bắt đầu từ cánh quạt và được kích hoạt bởi chính tua bin.

Mặc dù tua bin và cánh quạt thường được thiết kế để chịu được mức sét đánh cao nhất, nhưng đôi khi sét đánh lại vượt quá mức tính toán. Khi hư hỏng xảy ra, tổn thất lại ít ngờ tới như sự cố của Vestas do phải ngừng hoạt động và sửa chữa, thậm chí phải huy động cả các thiết bị chuyên dụng khiến chi phí tăng vọt. Thiệt hại đối với các tua bin gió ngoài khơi thường cao hơn so với ở trên bờ.

Chưa hết, lưỡi cánh quạt càng lớn, càng dài thì cấu trúc lại càng phải nhẹ, carbon là vật liệu lý tưởng, được sử dụng nhiều nhất. Đổi lại, carbon lại có nhược điểm cố hữu là dẫn điện, tạo ra những bất lợi khi thiết kế tua bin. Đối với cánh tua bin bằng sợi thủy tinh truyền thống, chỉ cần có một dây dẫn xuống duy nhất là được, nên dễ thực hiện. Trong khi đó, nếu dùng carbon để sản xuất cánh tua bin riêng lại phải tiến hành cách nhiệt riêng, khiến thiết kế trở nên phức tạp.

Thực tế, khi thiết kế cánh tua bin, về cơ bản, các kỹ sư không thích khái niệm có dòng điện sét trong thành phần cấu trúc, nhưng muốn hay không điều này vẫn cần phải quan tâm. Tốt hơn hết là khi thiết kế cơ khí cần kiểm soát dòng điện, đừng để “mẹ thiên nhiên quyết định nó bằng cách cử sét đánh đến để điều chỉnh” - Alex Byrne - nữ chuyên gia năng lượng gió ở hãng DNV (Na Uy) khuyến cáo.

Quản lý sự cố sét đánh:

Theo Byrne, khi thiết kế hệ thống phòng chống sét (LPS), cần chú ý cách dòng điện chạy trong cánh tua bin. Thông thường, điều đó đạt được bằng cách liên kết điện giữa LPS với carbon, tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng thực hiện dễ dàng.

Một số mô hình dễ bị sét đánh hơn những mô hình khác và thực tế không có mô hình mang tính “bức tranh toàn cảnh”. Chưa hết, sự cố sét đánh xảy ra chớp nhoáng, thậm chí có tua bin bị sét “hỏi thăm” liên tục, các tua bin khác thì không. Vì vậy, khi thiết kế tua bin, từ cánh quạt cho đến lắp dựng cần ý thực hiện tốt mọi khâu từ thiết kế, lắp dựng cho đến vận hành, duy tu, bảo dưỡng.

Để giảm thiểu thiệt hại cho tua bin do sét gây ra, thiết kế của LPS cho đến nay vẫn là yếu tố quan trọng nhất. Phần lớn nằm trong tay các OEM (Original Equipment Manufacturer), hay nhà sản xuất thiết bị gốc, dùng để chỉ công ty, đối tác gia công, lắp ráp sản phẩm cho một công ty sở hữu thương hiệu và công nghệ khác. Bởi vậy, khi đã được tích hợp sẵn trong cánh tua bin rồi thì mọi thứ không thể làm khác được. Không thể tháo cánh tua bin để bổ sung thêm các LPS được.

Theo Byrne, ngành công nghiệp cần tạo áp lực lên các OEM để giải quyết tốt hơn khi thiết kế LPS và khuyến khích họ hiểu tác động của sét bằng cách lắp đặt các cảm biến lên các tua bin để tích lũy dữ liệu phù hợp. Byrne cho biết, sẽ có lợi hơn khi chỉ định trách nhiệm về thiệt hại, nhưng nó cũng sẽ giúp ngành công nghiệp hiểu chính xác hình dạng của tia sét gây ra thiệt hại này.

Theo Soren F. Madsen, Polytech A/S đã làm điều này, hãng đã tiến hành cài đặt các cảm biến sét trên các cánh quạt tua bin để đánh giá mức độ nghiêm trọng của một cú sét đánh và vị trí lưỡi quạt sẽ bị sét đánh. Các cảm biến cơ học cũng có thể đo độ căng và độ rung để phát hiện xem phản ứng cấu trúc của cánh quạt ra sao và đo kiểm mức độ thiệt hại gây ra. Trong tương lai, Polytech A/S sẽ dùng nhiều cảm biến hơn để giúp dự báo các thay đổi trên hệ thống LPS trước khi sự cố sét đánh xảy ra để giúp các công ty vận hành đưa ra những giải pháp PLS thích hợp.

“Cuối cùng, điều quan trọng hơn cả là: Hãy tuân thủ lịch trình bảo dưỡng, hoặc dừng tua bin và kiểm tra trước khi hư hỏng nhỏ xuất hiện, để hạn chế hư hỏng lớn tiếp diễn ra sau đó” - Soren F. Madsen khuyến cáo./.

KHẮC NAM - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

(THEO PNC-9/2021

Link tham khảo:

1/ https://power.nridigital.com/future_power_technology_jul21/wind_turbines_lightning_strikes

2/ https://tuoitre.vn/turbin-tru-dien-gio-o-tuy-phong-boc-chay-du-doi-20200105111056745.htm