Tuabin gió kiểu cụm nổi lên như một nguồn năng lượng mới ngoài khơi

Trong bối cảnh ngày càng có nhiều lo ngại về biến đổi khí hậu và an ninh năng lượng, các nhà nghiên cứu đang chạy đua để phát triển công nghệ cho các đơn vị năng lượng gió ngoài khơi kiểu cụm bao gồm nhiều tuabin. Nguồn năng lượng này được cho là bảo đảm an ninh năng lượng, phát triển bền vững và là nguồn năng lượng sạch trong tương lai. 

Mới đây, Trung tâm Nghiên cứu và Giáo dục về Gió ngoài khơi của Đại học Kyushu đã phát triển một thiết kế tuabin mới có tấm che gồm 100 tuabin gió nhỏ hoạt động như một loại "thấu kính" thu gió. Công suất của tuabin tăng tỷ lệ thuận với diện tích quét của mỗi cánh tuabin. Đây là lý do tại sao các lưỡi tuabin gió ngày càng lớn hơn trong những năm qua.

Tuabin gió lớn nhất hiện đang hoạt động cao gần 300m, lưỡi tuabin có thể quay hơn 100m mỗi giây. Khi các lưỡi quay quay với tốc độ cao như vậy, ngay cả những hạt mưa cũng có thể làm hỏng chúng. Khi quay nhanh, tiếng ồn phát ra từ những cánh quạt khổng lồ khi quay cũng là một vấn đề. Việc mở rộng các cánh quạt gió để có sản lượng lớn hơn đòi hỏi phải gia cố tháp đứng của nó thật chắc chắn. Tuy nhiên, việc này cực kỳ tốn kém. 

Các tuabin gió ngoài khơi kiểu cụm được gắn trên lưới cung cấp là một giải pháp khả thi cho vấn đề này, vì các cánh quạt của chúng được thiết kế để tạo ra năng lượng hiệu quả mà không cần quay nhanh. Theo các nhà nghiên cứu, về mặt lý thuyết, một hệ thống nhiều tuabin có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn so với một đơn vị tuabin đơn truyền thống có kích thước tương tự.

Đại học Kyushu và Riamwind, một công ty khởi nghiệp có trụ sở tại Fukuoka, đã tham gia vào một dự án xây dựng một hệ thống trình diễn bao gồm hai tổ máy tuabin, mỗi tổ máy có đường kính 25m vào năm 2024.

Dữ liệu từ hệ thống demo này sẽ được sử dụng để xây dựng một hệ thống tuabin gió ngoài khơi bao gồm một cụm các tuabin nhỏ được sắp xếp theo định dạng 10 x 10 đơn vị. Với chiều cao khoảng 230m và rộng 280m, hệ thống sẽ tạo ra công suất 20 megawatt (MW) điện. 

Tuabin trong hệ thống nhỏ hơn so với tuabin gió truyền thống và có thể được sửa chữa riêng biệt, nghĩa là hệ thống có thể tiếp tục phát điện ngay cả khi một số tuabin bị hỏng hoặc ngừng hoạt động để bảo trì.

Cách tiếp cận này đang thu hút sự chú ý của các nhà đầu tư trên khắp thế giới. Công ty khởi nghiệp Wind Catching Systems của Na Uy có kế hoạch xây dựng một tuabin gió cao 300m bao gồm một cụm khoảng 130 tuabin nhỏ, mỗi tuabin có đường kính khoảng 30m. Công ty tuyên bố rằng công nghệ nổi của họ có thể tạo ra năng lượng hàng năm lên tới 75MW, gấp 5 lần so với các tuabin đơn lớn nhất thế giới.

Công nghệ tuabin cải tiến của Riamwind có tấm che khuếch tán ở chu vi cánh quạt để tập trung năng lượng gió. Loại tuabin mới tương đối nhỏ này, được gọi là tuabin thấu kính gió. Khi gió đập vào ống kính, nó sẽ tạo ra một dòng xoáy. Dòng xoáy do thấu kính gió tạo ra tạo thành một vùng áp suất thấp hơn phía sau tuabin, tiếp tục làm tăng lưu lượng gió hút vào tuabin và tăng vận tốc gió.

Ngay cả một sự khác biệt nhỏ về tốc độ gió cũng có thể dẫn đến sự gia tăng đáng kể trong sản xuất điện. Yuji Oya, giáo sư danh dự của Đại học Kyushu và là người đứng đầu Riamwind, cho biết hiệu quả thu năng lượng của tuabin mới trên một đơn vị diện tích quét cao hơn bất kỳ tuabin gió nào khác trên thế giới, năng lượng tạo ra có thể gấp đội hoặc thậm chí gấp ba lần so với tuabin gió thông thường có cùng đường kính cánh quạt.

Kết quả thử nghiệm cũng chỉ ra rằng hệ thống này tạo ra ít tiếng ồn hơn so với tuabin có cùng công suất đầu ra. Các xoáy được tạo bởi các lưỡi nhỏ trong khu vực bên trong ống kính sẽ triệt tiêu lẫn nhau, giúp giảm tiếng ồn. Hệ thống cũng ít bị chim va phải hơn do thấu kính không di chuyển được. 

Tuy nhiên, một trong những vấn đề với thiết kế này là diện tích đón gió cùng với các cánh quạt, có nghĩa là tuabin thấu kính gió phải chịu nhiều áp lực gió hơn so với các hệ thống truyền thống. Điều này làm tăng nguy cơ thiệt hại khi chịu gió cực mạnh. Công ty đang xem xét lắp đặt tuabin hoặc cánh quạt theo chiều ngang để giảm áp lực gió.

Một thách thức phổ biến đối với các hệ thống điện gió kiểu cụm là chi phí cao cho lưới điện hỗ trợ. Giảm tổng trọng lượng là rất quan trọng để làm cho phương pháp này trở nên phổ biến.

Trong một cuộc họp ở Sapporo vào tháng 4, Bộ trưởng khí hậu, năng lượng và môi trường của G7 đã cam kết tăng tổng công suất điện gió ngoài khơi lên 150 gigawatt (GW) vào năm 2030. Theo thông lệ quốc tế để đưa dự án điện gió ngoài khơi vào vận hành cần 8-9 năm cho công tác chuẩn bị và thực hiện đầu tư. Để đạt được mục tiêu đầy tham vọng đòi hỏi phải thúc đẩy các công nghệ điện gió mới bao gồm cả kiểu điện gió kiểu cụm mới này. 

(Nguồn: Nikkei Asia)

Chia sẻ Chia sẻ

Chia sẻ

Lưu tin