Chuyển đổi sang các nguồn năng lượng tái tạo đang là xu hướng trong những năm gần đây. Trong đó, năng lượng gió là nguồn năng lượng sạch và bền vững, đang được đầu tư nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ. Năm 2024 đánh dấu sự xuất hiện của nhiều công nghệ chuyển đổi tiên tiến, mang lại hiệu suất cao hơn và khả năng ứng dụng rộng rãi hơn.
Tua-bin gió nổi ngoài khơi – Bước tiến công nghệ Năng lượng gió mới
Tua-bin gió là máy dùng để biến đổi động năng của gió thành cơ năng. Tua-bin gió được coi là sản phẩm mang tính vượt bậc từ ứng dụng Năng lượng gió để phục vụ đời sống như cối xay bằng sức gió hay máy phát điện bằng sức gió.
Mới đây, công ty World Wide Wind (WWW) của Na Uy đã công bố việc thử nghiệm nguyên mẫu tua-bin gió nổi đầu tiên với thiết kế quay ngược chiều, công suất lên tới 40 megawatt – gấp đôi so với tuabin gió lớn nhất hiện tại. Khác với các tuabin gió thông thường có cánh quạt xoay quanh trục ngang, tuabin của WWW sử dụng thiết kế trục đứng (VAWT).
Điểm đặc biệt của công nghệ thu năng lượng gió này nằm ở việc sử dụng hai tua-bin, mỗi tua-bin có ba cánh quạt quay ngược chiều nhau. Tuabin trên được kết nối với roto, còn tuabin dưới được kết nối với stato. Công nghệ chuyển đổi năng lượng gió tiên tiến này cho phép tăng gấp đôi công suất so với các tuabin gió truyền thống khi vận hành ở cùng tốc độ.
Tua-bin gió nổi giải pháp khai thác nguồn năng lượng gió
Tua-bin gió nổi ngoài khơi là giải pháp khai thác nguồn gió mạnh và ổn định từ đại dương. Khác với các tua-bin cố định truyền thống, chỉ có thể triển khai ở vùng nước nông, tua-bin gió nổi được thiết kế để lắp đặt ở các vùng nước sâu hơn, nơi gió mạnh và đều đặn hơn. Đây là những khu vực mà trước đây chưa thể tiếp cận, mở ra tiềm năng lớn cho việc sản xuất năng lượng tái tạo.
Tua-bin gió nổi hoạt động trên nguyên lý sử dụng một nền tảng nổi được neo chặt vào đáy biển bằng các dây cáp, giữ cho tua-bin ổn định ngay cả trong điều kiện sóng lớn và gió mạnh. Thiết kế này cho phép tua-bin hoạt động hiệu quả ở những khu vực sâu hơn 60 mét.
Tiến bộ trong thiết kế và phát triển
Các cánh quạt tua-bin được thiết kế nghiêng 45 độ so với trục thẳng đứng, giúp giảm tốc độ của đầu cánh và cho phép lắp đặt tua-bin gần nhau hơn. Không chỉ giảm thiểu tác động đến môi trường, đặc biệt là hệ động vật xung quanh, mà còn giúp tối ưu hóa không gian lắp đặt. Máy phát điện được đặt dưới nước, đóng vai trò như một đối trọng, giúp tuabin không bị nghiêng hoặc lật dưới tác động của gió.
Thiết kế đơn giản, vì vậy giúp giảm chi phí sản xuất đáng kể. Công ty đặt mục tiêu đạt được chi phí quy dẫn (LCOE) – tổng chi phí suốt vòng đời của nhà máy điện chia cho sản lượng điện dự kiến – ở mức 50 USD/MWh (1MWh = 1.000KWh).
Nguyên mẫu đầu tiên có chiều cao 19 mét và công suất giới hạn 30 kilowatt, được sử dụng để thực hiện các thử nghiệm toàn diện. Dự kiến, đến năm 2025, nguyên mẫu thứ hai với công suất 1,5 megawatt sẽ được thử nghiệm. Công ty hy vọng sẽ thương mại hóa dòng tua-bin có công suất 24 megawatt vào năm 2030.
Tích hợp lưu trữ năng lượng gió – Giải quyết thách thức còn tồn đọng
Năng lượng gió là nguồn năng lượng tái tạo dồi dào và thân thiện với môi trường, nhưng một trong những thách thức lớn nhất của nó là tính không ổn định, làm mất sự cân bằng trong quá trình cung cấp điện, ảnh hưởng đến hệ thống lưới điện và gây ra các vấn đề về quản lý năng lượng.
Khắc phục vấn đề còn tồn đọng, công nghệ lưu trữ năng lượng đang được phát triển và tích hợp trực tiếp vào các hệ thống điện gió. Mục đích là tối ưu hóa việc khai thác năng lượng điện gió đồng thời đảm bảo rằng nguồn cung điện luôn ổn định và liên tục, ngay cả trong những thời điểm khi gió không thổi hoặc thổi quá mạnh.
Hiện nay, các pin lithium-ion và pin trạng thái rắn là hai công nghệ chuyển đổi năng lượng gió đang nổi bật nhờ khả năng lưu trữ hiệu quả, với dung lượng lớn và độ bền cao. Những pin này có khả năng lưu trữ lượng lớn năng lượng gió dư thừa, sau đó giải phóng chúng để sử dụng khi nhu cầu tăng cao hoặc khi gió không đủ để sản xuất điện.
Công nghệ chuyển đổi năng lượng gió kết hợp AI và IoT
Công nghệ (AI) và IoT trong năng lượng gió có khả năng tự động hóa và tối ưu hóa hiệu suất vượt trội. Các tua-bin gió thông minh hiện nay được trang bị cảm biến IoT và hệ thống điều khiển AI, cho phép giám sát tình trạng hoạt động của tua-bin theo thời gian thực, đồng thời đưa ra các giải pháp để duy trì hiệu suất cao nhất.
Cảm biến IoT được lắp đặt trên các bộ phận quan trọng như cánh quạt, trục quay và hệ thống điều khiển. Công dụng lớn nhất của công nghệ năng lượng gió này là thu thập các thông tin về tốc độ gió, nhiệt độ, độ ẩm và rung động của tua-bin, sau đó gửi dữ liệu đến trung tâm điều khiển. Ở đó, các thuật toán AI sẽ xử lý và phân tích dữ liệu để đánh giá tình trạng của tua-bin và đưa ra các quyết định tự động về vận hành và bảo trì.
Ví dụ, nếu hệ thống cảm biến phát hiện rung động bất thường ở cánh quạt hoặc trục quay, thuật toán AI sẽ phân tích nguyên nhân và gửi cảnh báo đến đội ngũ kỹ thuật để tiến hành kiểm tra và sửa chữa trước khi sự cố nghiêm trọng xảy ra. Tiết kiệm chi phí bảo trì và đảm bảo tua-bin luôn hoạt động với hiệu suất cao nhất.
Tua-bin gió thông minh còn có khả năng tự động điều chỉnh dựa trên điều kiện thời tiết. Hệ thống AI sẽ theo dõi các thông tin như tốc độ gió, hướng gió và nhiệt độ môi trường để điều chỉnh góc quay của cánh quạt, tối ưu hóa tốc độ quay nhằm thu được nhiều năng lượng nhất có thể. Khi gió quá mạnh hoặc điều kiện thời tiết trở nên khắc nghiệt, tua-bin sẽ tự động điều chỉnh hoặc dừng hoạt động để tránh hư hỏng.
Không chỉ vậy, AI trong năng lượng gió còn có khả năng dự đoán nhu cầu năng lượng của lưới điện trong tương lai gần, từ đó điều chỉnh sản lượng điện năng mà tua-bin sản xuất sao cho phù hợp với nhu cầu tiêu thụ. Tránh tình trạng lãng phí năng lượng hoặc thiếu hụt cung cấp điện.
Tua-bin gió nhiều cánh quạt tăng hiệu suất năng lượng gió
Tua-bin nhiều cánh quạt là giải pháp công nghệ mới được phát minh để tối ưu hóa hiệu suất thu năng lượng. Nhiều cánh quạt nhỏ gắn trên cùng một cấu trúc, hoạt động độc lập nhưng đồng thời hỗ trợ nhau trong việc khai thác luồng gió hiệu quả.
Bằng cách chia nhỏ cấu trúc cánh quạt, diện tích thu gió được tăng lên đáng kể, cải thiện khả năng tận dụng gió ở các độ cao khác nhau và trong điều kiện gió phức tạp. Thay vì phải chịu sức ép từ một cánh quạt lớn, nhiều cánh quạt nhỏ có khả năng phân tán lực đều đặn hơn, giúp giảm thiểu mài mòn và tăng độ bền cho tua-bin năng lượng gió. Tăng tiềm năng giảm thiểu rung động và áp lực không đều lên các bộ phận, khắc phục hoàn toàn các nhược điểm của tua-bin truyền thống do kích thước lớn của một cánh quạt duy nhất.
Một trong những lợi ích lớn của thiết kế này là hiệu suất cao hơn. Các thử nghiệm thực tế đã chỉ ra rằng tua-bin gió nhiều cánh quạt có khả năng sản xuất nhiều điện năng hơn trên mỗi đơn vị diện tích so với hệ thống đơn cánh quạt truyền thống.
Kết bài
Công nghệ chuyển đổi năng lượng gió mới nhất năm 2024 hứa hẹn tối ưu hóa hiệu suất sản xuất năng lượng, góp phần đáng kể vào việc giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Đón đầu và ứng dụng những công nghệ này sẽ là chìa khóa giúp chúng ta bước gần hơn đến một tương lai xanh và bền vững. Cùng với sự phát triển của các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng gió sẽ tiếp tục giữ vai trò quan trọng trong hệ sinh thái năng lượng toàn cầu.