Khi nhắc đến năng lượng gió, nhiều người thường nghĩ ngay đến những cột trụ cao với ba cánh quạt lớn, hiện hữu tại nhiều quốc gia trong nhiều thập kỷ.

Tuy nhiên, thiết kế cổ điển này không phù hợp mọi điều kiện và địa hình, chẳng hạn như chi phí xây dựng cao tại vùng biển sâu, hạn chế về không gian ở đô thị đông dân và kích thước quá lớn đối với hộ gia đình.

Trước thực tế đó, các kỹ sư châu Âu đang phát triển những thiết kế tuabin gió hoàn toàn mới. Một số mô hình mang dáng dấp công nghệ tương lai, trong khi số khác hướng đến việc đơn giản hóa cấu trúc để giảm chi phí và mở rộng phạm vi ứng dụng.

Tuabin gió mini

Hình ảnh tuabin gió The Blade của Cell Technologies. (Ảnh: De Ondernemer)

Một trong những tuabin gió đáng chú ý là “The Blade”, sản phẩm của Cell Technologies (Hà Lan), hướng tới thị trường tiêu dùng cá nhân. Thiết bị có thiết kế dạng cột trụ nhỏ gọn, cao 1,4 m, đường kính 60 cm, khác hoàn toàn tuabin gió truyền thống.

Tuabin có 10 cánh quạt nhỏ có thể thu gió từ mọi hướng. Trong khi đó, chụp nhựa xoay của tuabin ngăn không cho không khí thoát ra ngoài. Gió được chuyển hướng và tái sử dụng, tạo ra một vòng quay khác quanh cánh quạt, nghĩa là nó tận dụng gió hai lần trước khi biến mất.

Chưa dừng lại ở đó, hệ thống bánh răng bên trong của nó giống như hộp số ô tô, nghĩa là chuyển động của gió đi qua các bánh răng lớn truyền năng lượng đến các bánh răng nhỏ hơn, cuối cùng giúp máy phát điện hoạt động hiệu quả hơn nhiều.

Theo nhà phát triển, tuabin này có thể tạo ra khoảng 2.500 - 3.000 kWh điện mỗi năm, đủ đáp ứng một phần nhu cầu điện sinh hoạt của hộ gia đình.

Tuabin gió không cánh

Thiết kế tuabin gió không cánh quạt của Vortex Bladeless. (Ảnh: Vortex)

Một thiết kế độc đáo khác là loại bỏ hoàn toàn cánh quạt, bộ phận đặc trưng nhất của tuabin gió, do công ty khởi nghiệp công nghệ Vortex Bladeless ở Avila, Tây Ban Nha phát triển.

Tuabin dạng cột đứng, hoạt động dựa trên hiện tượng “vortex shedding” (tạo xoáy khí). Khi gió thổi qua thân cột, phần thân trên không cố định bắt đầu lắc lư và chuyển thành điện năng thông qua hệ thống dao điện.

Các cuộn dây và nam châm trong máy được lắp đặt cẩn thận để tận dụng tối đa khí động gió xoáy mà không cần bánh răng, trục hoặc bộ phận xoay tròn.

Hiệu suất của thiết kế này thường thấp hơn tuabin truyền thống, nhưng bù lại có ưu điểm về chi phí bảo trì do không có bộ phận quay phức tạp, vận hành êm và an toàn hơn với động vật hoang dã. Điều này giúp tuabin phù hợp với khu bảo tồn thiên nhiên hoặc môi trường đô thị nhạy cảm với tiếng ồn.

Tuabin gió một cánh

Tuabin gió một cánh TouchWind. (Ảnh: TouchWind)

Công ty Hà Lan TouchWind phát triển tuabin gió sử dụng rotor liền khối thay vì ba cánh tách rời. Rotor có thiết kế góc cạnh, hướng xuống dưới và tự động nghiêng khi gió mạnh.

Thiết kế này giúp hệ thống cơ khí đơn giản hơn, tăng khả năng chịu bão và duy trì hoạt động ở tốc độ gió tới khoảng 70 m/s, mức tuabin truyền thống thường phải dừng để tránh hư hỏng.

Ngoài ra, rotor nghiêng giúp giảm nhiễu gió phía sau, cho phép lắp đặt các tuabin gần nhau hơn trong trang trại gió, từ đó tăng sản lượng điện trên mỗi đơn vị diện tích.

Tuabin gió nổi cho vùng biển sâu

Thiết kế tuabin gió nổi SeaTwirl. (Ảnh: SeaTwirl)

Các kỹ sư cũng phát triển tuabin gió nổi dành cho vùng nước sâu, nơi không thể xây dựng móng cố định. SeaTwirl, công ty Thụy Điển, đang thử nghiệm tuabin nổi công suất 2 MW với sự hỗ trợ từ chương trình Horizon Europe của Liên minh châu Âu (EU).

Tuabin có trục thẳng đứng và cấu trúc nổi, cho phép thích ứng linh hoạt với điều kiện biển. Thiết kế này giúp đơn giản hóa lắp đặt, bảo trì và có thể giảm chi phí so với các hệ thống bán chìm truyền thống.

SeaTwirl trước đây thử nghiệm các nguyên mẫu nhỏ hơn, như tuabin 30 kW. Phiên bản 2 MW nhằm chứng minh công nghệ có thể mở rộng lên quy mô thương mại, phục vụ sản xuất năng lượng tái tạo tại các khu vực có gió biển mạnh và ổn định.