Chứng kiến cảnh những cánh quạt của tuabin gió bị thổi bay sau những cơn bão nhiệt đới vào mùa hè và giông lốc vào mùa đông, mới đây Challenergy, Inc – một công ty khởi nghiệp của Nhật đã trình làng một loại tuabin gió mới có khả năng hoạt động hiệu quả ngay cả trong các điều kiện thời tiết khắc nghiệt nhất.

tua bin dien gio bao nhat ban(Ảnh: Internet)

Challenergy, Inc được thành lập bởi kỹ sư tài năng Atsushi Shimizu. Năm 2011, Shimizu đã nghỉ việc tại Keyence Corp – một công ty chuyên về tự động hóa máy móc – và thành lập Challenergy vào tháng 10/2014 để theo đuổi ý tưởng tuabin gió siêu bền của mình.

Theo anh Shimazu, “Nhật Bản thực sự có nhiều năng lượng gió hơn năng lượng mặt trời, chỉ là nó chưa được khai thác đúng mức”.

tua bin dien nhat gio bao (2)Atsushi Shimizu – Kỹ sư trưởng kiêm CEO của Challenergy, Inc. (Ảnh: Internet)

Phân tích vấn đề?

Khi xem xét các tuabin gió kiểu truyền thống, Shimizu nhận thấy với cấu tạo trục quay ngang và cánh quạt cỡ lớn, thì trong tình trạng gió đa chiều và giật cấp độ cao như của bão và giông lốc, hệ thống cánh quạt bên trong hầu hết các tuabin kiểu này đều rất dễ bị quật tung, gây thiệt hại nặng nề do có chi phí khôi phục tổn thất rất cao.

article-0-14581031000005DC-454_634x400Không nhiều khả năng “sống sót” cho các tuabin gió kiểu này khi đụng phải giông bão lớn! (Ảnh: Internet)

Giải pháp đột phá

Sau nỗ lực nghiên cứu không ngừng nghỉ, Shimizu cuối cùng cũng nghĩ ra một giải pháp tối ưu. Theo đó, tuabin mới sẽ được thiết kế theo kiểu trục dọc, thay vì trục ngang như trước kia. Cụ thể, cánh quạt truyền thống sẽ được anh thay thế bằng 3 trụ xoay, có khả năng xoay chuyển trên ba trục thẳng đứng riêng biệt được kết nối với trục xoay chính bằng hệ thống khung sắt chịu lực.

Với kiểu thiết kế này, tuabin mới có thể tiết kiệm diện tích, tăng khả năng tạo điện năng từ gió đa chiều và giảm thiểu khả năng hỏng hóc trong môi trường giông bão.

tua bin dien nhat ban gio bao(Ảnh: Internet)

Có thể bạn sẽ thắc mắc: Với thiết kế như trên, tuabin này sẽ quay như thế nào?

Câu trả lời là hiệu ứng Magnus, được đặt theo tên người phát hiện ra nó, nhà vật lý người Đức Heinrich Gustav Magnus.

Bên dưới là hình minh họa một trong ba trụ đứng, nhìn từ trên xuống. Dòng không khí tác động đến trụ đứng ở cả hai bên, phải và trái (trong hình là trên và dưới, tùy thuộc hướng nhìn). Phần khí chuyển động thuận theo trụ đứng (luồng khí bên dưới trụ đứng trong hình) sẽ tăng vận tốc và cuốn trụ đứng theo, trong khi phần không khí chuyển động ngược hướng trụ đứng (luồng khí bên trên trụ đứng trong hình), do tác động lực theo hướng ngược lại, nên rốt cục sẽ tạo ra một lực vuông góc với phương tác động lực ban đầu, được biểu thị bằng lực F trong hình.

hieu-ung-magnus-so-doMô tả lực tác dụng lên trụ xoay theo hiệu ứng Magnus. (Ảnh: Internet)

Như vậy, nếu đứng cùng chiều với hướng gió thổi để quan sát trụ đứng, nếu muốn nó dịch sang trái, thì trụ đứng cần quay sang bên phải, ngược lại nếu muốn nó dịch sang phải thì cần quay về bên trái. Về cơ bản là như vậy.


hieu-ung-magnus-so-doMô tả lực tác dụng lên trụ xoay theo hiệu ứng Magnus. (Ảnh: Internet)

Như vậy, khi các luồng gió thổi vào ba trụ đang xoay chuyển, lực do hiệu ứng Magnus sinh ra sẽ làm quay tuabin chính và nhờ đó, sinh ra điện năng. Cũng theo thiết kế này, các kỹ sư sẽ dễ dàng kiểm soát được dòng điện sinh ra chỉ bằng cách thay đổi tốc độ quay của ba trụ xoay. Điều này đặc biệt hữu ích trong điều kiện thời tiết gió lớn và giông lốc. Đồng thời, trục chính có thể được siết lại nhằm giảm tốc độ hoặc ngừng hẳn chuyển động của các cánh, tùy theo ngoại lực tác động từ cơn bão, để đảm bảo chúng không bị quay mất kiểm soát.

Tìm hiểu thêm về một ví dụ khác của hiệu ứng Magnus:

“Các tuabin được thiết kế để chịu được bão với cường độ gió 80 m/giây, nó cũng thích hợp cho các vùng núi có gió mạnh, hỗn loạn” – Shimizu cho biết thêm.

Video 3D mô phỏng cách thức hoạt động của tuabin gió Shimazu:

Sau thành công của mô hình thử nghiệm trong nhà, tháng 7 vừa qua,  Challenergy, Inc đã cho xây dựng mô hình ngoài trời đầu tiên. Mô hình này được đặt trên đảo Okinawa, với chiều cao 7 mét, đường kính 3 mét, và đã cho kết quả rất khả quan với hiệu suất điện năng lên tới 30%. Dù thấp hơn 10% so với tuabin gió cánh quạt thông thường, tuabin này có độ bền chắc cao hơn rất nhiều trong môi trường gió bão. Trước đó vào hồi năm 2013, trận bão Usagi đã phá hủy tới 8 tuabin gió kiểu cánh quạt tại Nhật Bản.

“Tôi muốn lắp đặt mẫu tuabin điện gió này tại sân vận động quốc gia, hoặc trên tháp truyền hình Tokyo, bởi trước đó hồi năm ngoái tại Hội nghị về Biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc COP 21 người ta đã lắp đặt một tuabin điện gió trên tháp Eiffel”, Shimizu chia sẻ.

Nguyên mẫu tuabin đầu tiên được lắp đặt trên đảo Okinawa:

Với tần suất xuất hiện bão ngày càng lớn và nhu cầu năng lượng không ngừng gia tăng, mẫu tuabin gió của Challenergy đã ngay lập tức nhận được rất nhiều sự quan tâm từ giới đầu tư, các cơ quan và tổ chức trong và ngoài Nhật Bản. Tổ chức Phát triển Công nghệ công nghiệp và Năng lượng mới (New Energy and Industrial Technology Development Organization – NEDO) đã cam kết tài trợ dự án khoảng 55 triệu yen (khoảng 535,000 đô la) trong hai năm, còn 4 triệu yen khác được huy động thông qua hình thức crowdfunding (gọi vốn cộng đồng) cùng khoản vay từ Japan Finance Corp, một công ty được bảo lãnh bởi chính phủ Nhật.

tuabinCảnh tượng khi bão Vongfong đổ bộ Nhật Bản năm 2014. (Ảnh: Internet)

Nếu dự án này thành công, các tính toán cho thấy, với số lượng tuabin gió đủ lớn, năng lượng từ một cơn bão nhiệt đới có thể cung cấp đủ điện năng cho nước Nhật sử dụng trong suốt 50 năm. Tuy nhiên, sẽ có những thách thức nhất định mà nhóm của Shimazu phải vượt qua. Ví như, cho đến thời điểm hiện nay, chưa có một loại pin nào đủ khả năng dự trữ hết số năng lượng khổng lồ kia.

Tôn Kiên tổng hợp

Xem thêm:

Bài Liên Quan

Quảng Cáo:

loading...

Clip hay: