Hệ thống tuabin gió mini cho công trình dân sự

14:25 06/11/2022
Hệ thống máy phát điện gió mới trên mái nhà cung cấp năng lượng nhiều hơn tới 50% so với hệ thống năng lượng mặt trời có cùng mức giá, trong khi chỉ chiếm 10% không gian trên mái nhà và vận hành tương đối im lặng.

Sản xuất năng lượng phân tán đóng một vai trò ngày càng lớn trong thị trường năng lượng thế giới. Hầu hết là các dạng năng lượng mặt trời trên mái nhà, nhưng ở một số khu vực nhất định, năng lượng gió chắc chắn mang lại lợi ích lớn. Tuy nhiên, không phải vị trí nào cũng thích hợp cho tuabin gió có cánh, và về mặt này, giám đốc điều hành Aeromine Technologies của Đại học Houston đã thiết kế một dạng thu năng lượng gió trên mái nhà rất mới mẻ, gọn gàng.

Như với các tuabin gió truyền thống, kích thước là yếu tố then chốt. Tuy nhiên, các hệ thống năng lượng gió của Aeromine chiếm một diện tích tương đối nhỏ trên mái nhà. Bản thân đôi cánh có thể cao 3 m, được đặt trên một khối đế có thể cao thêm 1,8 m hoặc hơn nữa – đây là một kích thước tương đối nhỏ so với một tuabin gió. Hơn thế nữa, các tuabin mới cũng không tạo ra tiếng ồn hoặc sự phân tán thị giác liên tục của một tuabin cánh quạt thông thường.

(rendered image) the design places a couple of racecar spolier-like wings in a sandwich orientation, to create a low-pressure vacuum that sucks air through from below. The turbine is thus kept out of harm's way

Hệ thống này hoạt động khác với các tuabin truyền thống – hệ thống là một tập hợp các cánh lướt gió trên xe đua thiết kế đối diện với nhau, với một cột tròn ở giữa chúng. Đặt nghiêng về phía gió, các cánh tĩnh này tạo ra một chân không áp suất thấp ở trung tâm của thiết bị, hút không khí giúp quay tuabin.

Tùy thuộc vào cách lắp đặt, tuabin có thể nằm ở dưới cùng của hệ thống, được bao quanh bởi một ống dẫn, hoặc trong các thiết kế nhỏ gọn hơn đặt ngay trên mái nhà thay, trong một đường ống nối với cực trung tâm đó hoặc với các khoang rỗng trong các cánh đục lỗ. Dù bằng cách nào, các cánh tạo ra một vùng áp suất thấp, không khí được hút qua một ống để lấp đầy vùng áp suất thấp đó và Aeromine đặt một cánh quạt bên trong tương đối nhỏ, rẻ tiền (với đường kính 91 cm) trong ống đó để chạy máy phát điện.

Hệ thống tuabin mới vận hành yên tĩnh, an toàn với chi phí xây dựng hợp lý; không cần bất kỳ vật liệu cầu kỳ nào như sợi carbon, không có gì đặc biệt về bản thân chiếc quạt và toàn bộ mọi thứ đều được tách rời để vận chuyển và quy trình xây dựng tương đối đơn giản tại chỗ.

(Rendered image) Many Aeromine units can be run together, with proper spacing, and there's plenty of rooftop left for solar panels to run a hybrid system

Aeromine vẫn chưa công bố lượng điện tiêu chuẩn cho các thiết bị mới này. Nhưng trong một giải pháp được đưa ra cho Chương trình Năng lượng tái tạo AFWERX vào tháng 1 năm 2021, các hệ thống này mỗi đơn vị sẽ có thể tạo ra 5 kW điện - khá gần với công suất của một hệ thống năng lượng mặt trời. Nhiều tổ máy có thể được chạy dọc theo rìa hàng đầu của một tòa nhà, cách nhau khoảng 4,6 m, hứa hẹn sẽ tạo ra khoảng 14,3 MWh hàng năm và thêm khoảng 9 MWh điện nếu kết hợp với điện mặt trời trên cùng một mái nhà.

Công nghệ đầy tiềm nămg

Năng lượng mặt trời và gió hoạt động tốt theo cách bổ sung cho nhau. Năng lượng mặt trời chỉ tạo ra trong những ngày nắng, gió có thể là cung cấp điện liên tục nhưng hoàn toàn phụ thuộc vào điều kiện. Diện tích nhỏ trên mái nhà của một hệ thống Aeromine giúp bạn có thể bao phủ phần còn lại của mái nhà bằng các tấm pin mặt trời, với một số bộ lưu trữ pin tại chỗ và điều này có thể vận hành công trình theo quy mô nhất định mà không cần sự phụ thuộc vào lưới điện truyền thống.

Aeromine Wind-Harvesting Unit, installed as a pilot trial on top of BASF's manufacturing facilities in Wyandotte, Michigan. We expect the large box at the bottom will disappear in commercial applications, with the air intake and turbine running below the roof line

Tuy nhiên, công nghệ này cần được lắp đặt ở những vị trí mà hướng gió khá ổn định, bởi vì hệ thống không thể xoay mình để đón gió. Chiều cao của hệ thống có thể khiến chúng trở thành một vấn đề về quy hoạch dân sự hoặc trực quan ở một số khu vực và hơn thế nữa, chúng sẽ tạo bóng, ngăn không cho mặt trời chiếu tới các tấm pin mặt trời trên mái nhà trừ khi tòa nhà được định hướng sao cho mặt trời đến từ một phía và gió từ bên kia. Vì vậy, chắc chắn sẽ có một số nơi hạn chế khả năng hoạt động tối ưu trong một hệ thống lai mặt trời và gió.

Với giá thành rẻ hơn, an toàn hơn và ít xâm nhập hơn các thiết kế kiểu cối xay gió và chúng cung cấp một cách dễ tiếp cận để đưa năng lượng gió đáng tin cậy vào hệ thống điện dân sự.

Đây mới chỉ là những bước nghiên cứu đầu tiên của loại công nghệ mới, vẫn sẽ cần nhiều nghiên cứu sâu hơn nữa để có thể thương mại hóa loại công nghệ này. Công nghệ này mang lại tiềm năng lớn đối với công nghệ cũng cấp điện dân sự và chặng đường hướng tới phát thải ròng bằng "0".

Bình luận