Lần đầu tiên, tạo ra máy điện gió không cần cánh quạt: Giải pháp sạch, an toàn và thân thiện với môi trường

Các nhà khoa học tại Anh vừa công bố thiết kế tối ưu cho turbine gió không cánh. Đây là bước tiến quan trọng trong hành trình chinh phục năng lượng tái tạo.

Tối ưu hóa thiết kế bằng mô phỏng

Mô hình điện gió không cánh (Ảnh: R.E.).

Trong công trình nghiên cứu đăng trên tạp chí Renewable Energy, nhóm khoa học do TS Wrik Mallik dẫn đầu tại Trường Kỹ thuật James Watt, Đại học Glasgow (Anh) đã lần đầu tiên sử dụng mô phỏng máy tính để tìm ra thiết kế hiệu quả nhất cho turbine gió không cánh (bladeless wind turbine – BWT).

Khác với turbine truyền thống tạo điện nhờ chuyển động quay của cánh quạt, thiết bị BWT hoạt động dựa trên hiện tượng dao động do xoáy khí (vortex induced vibration – VIV).

Khi luồng gió thổi qua, một cột trụ thẳng đứng sẽ dao động nếu tần số của gió trùng với tần số dao động riêng của cấu trúc. Chính chuyển động này sẽ tạo ra năng lượng cơ học, sau đó được chuyển đổi thành điện năng.

Nhóm nghiên cứu đã mô phỏng hàng nghìn cấu hình thiết kế khác nhau nhằm tối ưu hóa công suất, độ bền và khả năng hoạt động ổn định trong các điều kiện gió khác nhau. Kết quả là một bước đột phá về mặt hiệu quả.

Thiết bị gọn nhẹ, công suất cao và thân thiện với sinh thái

Thiết kế được đánh giá tối ưu nhất là một cột trụ cao 80cm, đường kính 65cm, có khả năng tạo ra tới 460W, cao gấp nhiều lần so với các nguyên mẫu trước đây (khoảng 100W).

Đồng thời, thiết bị này có thể hoạt động ổn định trong dải tốc độ gió từ 32 đến 112 km/h, cho thấy khả năng thích nghi cao với điều kiện môi trường thực tế.

So với turbine gió truyền thống, BWT có nhiều ưu điểm vượt trội:

- Vận hành êm ái, gần như không phát ra tiếng ồn phù hợp với môi trường đô thị, khu dân cư.

- Kết cấu đơn giản, ít bộ phận chuyển động nên giảm chi phí sản xuất và bảo trì.

- Không gây nguy hiểm cho chim, vốn là một vấn đề thường gặp ở turbine có cánh do hiệu ứng làm mờ chuyển động khiến chim không nhận ra nguy hiểm khi bay qua.

- Chiếm ít diện tích, dễ lắp đặt ở nhiều quy mô khác nhau, kể cả trên nóc nhà dân.

TS Mallik nhận định rằng, turbine gió không cánh là một trong những hướng đi tiềm năng giúp mở rộng khả năng ứng dụng điện gió trong đời sống hàng ngày, đặc biệt ở những nơi không thể triển khai turbine lớn.

Dựa trên nền tảng mô phỏng đã phát triển, nhóm nghiên cứu cho biết có thể mở rộng quy mô thiết kế để chế tạo các phiên bản BWT lớn hơn, có công suất từ 1.000W trở lên.

Điều này sẽ tạo điều kiện cho điện gió trở nên dễ tiếp cận hơn, không chỉ ở cấp độ trang trại gió công nghiệp mà còn tại từng hộ gia đình, doanh nghiệp nhỏ, khu vực dân cư.

Đây được xem là một giải pháp bổ sung hiệu quả cho hệ sinh thái năng lượng tái tạo, trong bối cảnh thế giới đang chuyển mình mạnh mẽ theo hướng giảm phát thải, tăng cường điện sạch và hướng đến phát triển bền vững.

“Không chỉ là một thiết bị tạo điện, đây còn là ví dụ điển hình cho việc kết hợp công nghệ mô phỏng hiện đại với nguyên lý vật lý cơ bản, để tạo ra giải pháp khả thi, thân thiện với môi trường và phù hợp với nhu cầu thực tế”, nhóm nghiên cứu nhấn mạnh.

Với việc loại bỏ các yếu tố phức tạp như hộp số, trục quay hay cánh quạt, đồng thời tận dụng tốt dao động tự nhiên, turbine gió không cánh có thể trở thành biểu tượng mới cho sự đơn giản hóa công nghệ đi đôi với hiệu quả cao.

Link gốc.