Tua bin gió kiểu cụm nổi lên như một nguồn năng lượng mới
Đại học Kyushu có kế hoạch bắt đầu thử nghiệm các đơn vị ngoài khơi vào năm 2028
Theo các nhà nghiên cứu, về mặt lý thuyết, một hệ thống nhiều tua-bin có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn so với một đơn vị tua-bin đơn có kích thước tương tự. (Hình ảnh của Đại học Kyushu)
TOKYO - Khi năng lượng gió ngoài khơi ngày càng được quảng cáo là nguồn năng lượng sạch trong tương lai 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 tua-bin.
Ví dụ, 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 - một loại "thấu kính" thu gió - và có kế hoạch xây dựng một đơn vị trình diễn bao gồm 100 tuabin gió nhỏ.
Công suất của tuabin gió tăng tỷ lệ thuận với các phần quét của mỗi cánh tuabin. Đây là lý do tại sao các lưỡi kiếm ngày càng lớn hơn trong những năm qua.
Tua-bin lớn nhất hiện đang hoạt động cao gần 300 mét, nhưng để mở rộng cánh quạt của chúng đòi hỏi phải gia cố tháp mà chúng đứng -- một nỗ lực tốn kém. Một số chuyên gia cho biết hiệu quả chi phí của việc đơn giản là mở rộng các cánh quạt để có sản lượng lớn hơn hiện đang đạt đến giới hạn.
Lưỡi lớn quay hơn 100 mét mỗi giây. Khi các lưỡi quay quay với tốc độ cao như vậy, ngay cả những hạt mưa cũng có thể làm hỏng chúng. Và tiếng ồn phát ra từ những cánh quạt khổng lồ, quay nhanh cũng là một vấn đề.
Các đơn vị năng lượng gió kiểu cụm được gắn trên lưới cung cấp 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. Và việc đặt các tuabin gần nhau sẽ có tác dụng nhân lên.
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 tách ra từ trường đại học, đã tham gia vào dự án xây dựng một hệ thống trình diễn bao gồm hai tổ máy tua-bin, mỗi tổ máy có đường kính 25 mét vào năm 2024.
Dữ liệu từ hệ thống demo này sẽ được sử dụng để xây dựng một hệ thống khác bao gồm một ma trận các dầm hỗ trợ 100 tuabin được sắp xếp theo định dạng 10 đơn vị x 10 đơn vị. Với chiều cao khoảng 230 mét và rộng 280 mét, hệ thống sẽ tạo ra 20 megawatt điện.
Tua-bin trong hệ thống nhỏ hơn so với tua-bin 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 tua-bin 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. Chẳng hạn, công ty khởi nghiệp Na Uy Wind Catching Systems có kế hoạch xây dựng một đơn vị cao 300 mét bao gồm một ma trận hỗ trợ khoảng 130 tuabin, mỗi tuabin có đường kính khoảng 30 mét.
Công ty tuyên bố rằng công nghệ nổi của họ có thể tạo ra năng lượng hàng năm gấp năm lần so với các tuabin đơn lớn nhất thế giới, hay 75 MW. Công ty được thành lập vào năm 2017. General Motors Ventures là một trong những nhà đầu tư hiện tại của công ty.
Công nghệ tua-bin 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, có thể tạo ra năng lượng hiệu quả hơn.
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. Theo công ty, trong các thử nghiệm, tuabin thấu kính gió tạo ra năng lượng gấp hai đến ba lần so với tuabin gió thông thường có cùng đường kính cánh quạt.
Tua bin thấu kính gió nhỏ với đường kính vài mét đã được đưa vào sử dụng thực tế. 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.
Các xoáy được tạo bởi các lá trong khu vực bên trong ống kính sẽ triệt tiêu lẫn nhau, giúp giảm tiếng ồn. Kết quả xác nhận rằng hệ thống này tạo ra ít tiếng ồn hơn so với tuabin có cùng công suất đầu ra.
Do thấu kính không di chuyển và chim dễ dàng phát hiện nên hệ thống cũng ít bị chim va phải hơn.
Tuy nhiên, một trong những vấn đề với thiết kế này là thấu kính 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 Tư bộ trưởng khí hậu, năng lượng và môi trường của Nhóm Bảy nền dân chủ hàng đầu đã cam kết tăng tổng công suất điện gió ngoài khơi lên 150 gigawatt vào năm 2030. Để đạt được mục tiêu đầy tham vọng đòi hỏi phải thúc đẩy các công nghệ điện gió mới bao gồm cả tua-bin kiểu cụm.
