Tuabin gió trục đứng, tương lai cho các trang trại điện gió

Nhóm nhà khoa học thuộc Trường Kỹ thuật, Máy tính và Toán học (ECM) tại Oxford Brookes do GS Iakovos Tzanakis dẫn đầu thực hiện một nghiên cứu chuyên sâu, mô phỏng máy tính trên hơn 11.500 giờ đã chứng minh được, các trang trại gió sẽ hiệu quả hơn nếu thay thế tuabin gió trục ngang kiểu cánh quạt (HAWT) truyền thống bằng các tuabin gió trục đứng (VAWT) nhỏ gọn.

Đồ họa 3D mô phỏng trang trại điện gió trục đứng ngoài khơi của nhóm nghiên cứu Oxford Brookes.

Tuyên bố của nhóm nghiên cứu Oxford Brookes cho biết, tuabin điện gió trục đứng (VAWT) quay quanh trục thẳng đứng so với mặt đất và thể hiện hành vi ngược với thiết kế cánh quạt nổi tiếng (HAWT). Nghiên cứu chứng minh được, những VAWT làm tăng hiệu suất của nhau khi bố trí trong các hệ thống lưới. Định vị những tuabin gió trục đứng VAWT tối đa hóa sản lượng có ý nghĩa quan trọng đối với thiết kế các trang trại điện gió.

GS Tzanakis nhận xét, các tuabin trang trại điện gió trục đứng sẽ được thiết kế trên khoảng cách gần hợp lý, tăng hiệu suất và hạ giá điện. Trong tương lai, VAWT có thể đẩy nhanh tiến trình chuyển đổi xanh trong hệ thống năng lượng thế giới, gia tăng năng lượng sạch và bền vững hơn đến từ các nguồn tái tạo.

Đến năm 2030, công suất năng lượng gió của Vương quốc Anh dự kiến ​​sẽ tăng gấp đôi, phát minh này là bước tiếp hướng tới khả năng thiết kế các trang trại gió hiệu quả hơn, hiểu được các kỹ thuật thu hoạch năng lượng gió quy mô lớn và cuối cùng là cải tiến công nghệ năng lượng tái tạo để thay thế nhanh hơn nhiên liệu hóa thạch.

Theo Báo cáo Năng lượng gió toàn cầu năm 2021, thế giới cần lắp đặt điện gió nhanh hơn gấp ba lần trong thập kỷ tới, nhằm đạt được mục tiêu trung hòa carbon và tránh những tác động tồi tệ nhất của biến đổi khí hậu.

Tác giả của nghiên cứu, cử nhân Kỹ thuật Joachim Toftegaard Hansen nhận xét, các trang trại gió hiện đại là một trong những giải pháp hiệu quả tạo ra năng lượng xanh, nhưng lại có một điểm yếu lớn: Khi gió tiếp cận hàng tuabin đầu tiên, nhiễu loạn gió sẽ hình thành ở phía sau hàng cột. Sự hỗn loạn này làm giảm hiệu suất của các hàng cột tuabin gió tiếp theo.

Điều đó có nghĩa là, hàng cột phía trước chuyển hóa khoảng một nửa động năng của gió thành điện năng, nhưng hàng cột tiếp sau, hiệu quả này giảm xuống còn 25 - 30%. Mỗi tuabin điện gió có giá hơn 2 triệu bảng Anh/MW. Vì vậy cần phải có một giải pháp hiệu quả hơn về chi phí.

Đây là cũng là nghiên cứu đầu tiên phân tích toàn diện, nhiều khía cạnh của hiệu suất tuabin gió, liên quan đến góc dàn, hướng quay, khoảng cách giữa các tuabin và số lượng cánh quạt. Các nhà khoa học đang nghiên cứu mô phỏng nhằm trả lời câu hỏi, hiệu suất của 3 cột VAWT đặt trong một chuỗi liên tiếp có được cải thiện hay không?

Đồ họa mô phỏng 3 tua bin điện gió đặt liên tiếp ngoài khơi.

Công ty VertAx Wind Ltd của Anh, nhà thiết kế và chế tạo các tuabin gió trục đứng (VAWT), rất hoan nghênh những kết quả nghiên cứu của Đại học Oxford Brookes vì những phát hiện của công ty đã được công trình nghiên cứu của Joachim Toftegaard Hansen và TS Mahak dưới sự hướng dẫn của GS Tzanakis chứng minh. Những kết quả này thúc đẩy VertAx tiếp tục phát triển tuabin gió trục đứng quy mô lớn, được thiết kế đặc biệt cho các trang trại gió ngoài khơi.