Nguồn năng lượng lớn do bão tạo ra liệu có thể khai thác triệt để được hay không? Công ty phát điện bằng gió Challenergy đã thực hiện được ước mơ này, thử sức với việc phát điện trong thời tiết gió lớn giống như bão. Công ty đã bắt đầu đưa vào thử nghiệm và dự định đưa vào sử dụng rộng rãi từ năm 2020 đem đến một bước tiến mới trong ngành năng lượng.
Trong ý tưởng mới, chúng tôi không sử dụng cánh quạt trong “máy phát điện bằng gió công thức magnus theo hình thức vuông góc với trục. Máy phát điện này sử dụng “Hiệu quả Magnus”, nguyên lý giống với cú đánh bóng xoáy của bóng chày, dựa vào việc quay 3 ống hình trụ máy phát điện sẽ quay.
Khởi nguồn từ sự cố nhà máy phát điện hạt nhân
Trước đây, tôi vốn đang phát triển cảm ứng ứng dụng trong công nghiệp trong công ty sản xuất thiết bị điện, chứ không phải những nhà chuyên gia trong lĩnh vực cối xay gió. Vậy tại sao tôi lại bắt tay vào với lĩnh vực máy phát điện bằng gió?
Khởi nguồn là từ sự cố nhà máy điện hạt nhân thứ nhất ở Fukushima vào tháng 3 năm 2011. Với tư cách là một người Nhật, là một kỹ sư, tôi cần làm gì đó để giúp Nhật Bản và ý tưởng nảy ra chính là máy phát điện bằng gió.
Hiện tại, nguồn năng lượng chủ lưu có khả năng tái sinh của Nhật Bản là năng lượng mặt trời, nhưng thực chất có một loại năng lượng có tiềm năng cao hơn là năng lượng gió. Tuy nhiên, việc phát điện bằng gió còn chưa đạt 1% trong nguồn điện lực của cả nước, và chưa phổ biến. Để loại bỏ sự khác biệt đó cần có một dự án mới.
Khác với pin phát điện bằng năng lượng mặt trời cần có thiết bị chế tạo lớn và kỹ thuật về chất bán dẫn thì với cối xay gió là một khối máy móc, chỉ một người cũng có thể chế tạo được. Đây là lý do đầu tiên để tôi quyết định chế tạo cối xay gió.
Hơn nữa, sau khi tìm hiểu lý do tại sao ngành phát điện bằng gió lại không phổ biến tại Nhật Bản, thì biết được rằng một trong số các nguyên nhân là do gió bão mạnh làm dễ gây hỏng hóc các cối xay gió. Máy phát điện bằng gió kiểu hình chân vịt song song với trục là loại phổ biến và phát minh ra ở Châu Âu. Đối với những khu vực có tốc độ gió và hướng gió ổn định thì khá phù hợp, nhưng đối với những đất nước biển đảo lại nhiều núi như Nhật Bản, bởi vì lực cũng như hướng gió khá thất thường nên máy phát điện này rất khó để sử dụng.
Đương nhiên, với máy phát điện hình chân vịt nếu thay đổi hướng dựa vào hướng gió, ngừng hoạt động bằng việc thay đổi góc của cánh quạt khi gió mạnh thì sẽ phòng trừ được các sự cố và hỏng hóc. Tuy nhiên, thực tế thì lại không thể đối ứng triệt để đối với gió giật, gây ra sự hư hại khi cách quạt quay không theo quy luật.
Khi đi đến kết luận rằng nếu không loại bỏ kiểu hình chân vịt thì sẽ không bao giờ loại bỏ được mối nguy hiểm của các sự cố hư hại thì suy nghĩ tôi dừng lại ở “Hiệu quả Magnus”. Nếu sử dụng hiệu quả này, bằng việc điều khiển số vòng quay của trục quay ứng với tốc độ gió, lực tạo ra (lực Magnus) chắc chắn có thể điều chỉnh dễ dàng. Thêm vào đó, nếu chuyển thành trục vuông góc thì sẽ không bị lung lay bởi hướng gió.
Lúc đó, máy phát điện bằng gió theo công thức Magnus có trục ngang đã được sử dụng thay cho chân vịt, nhưng trục vuông góc thì vẫn chưa có nơi nào sử dụng. Nếu phát triển được kỹ thuật này thì không chỉ lúc bình thường, mà lúc bão lớn cũng có thể phát điện. Vì vậy tôi đã suy nghĩ đến việc có thể chế tạo ra “Cối xay gió trong mơ”.
Nguồn năng lượng do bão được dự toán là đạt đến một nửa lượng phát điện của toàn thế giới, nếu có thể sử dụng dù chỉ là một phần nguồn năng lượng này thì không chừng có thể giải quyết được triệt để vấn đề thiếu năng lượng.
Bão không tới
Mẫu đầu tiên sử dụng công thức Magnus trục vuông góc mà tôi chế tạo ra, cùng với sự hiệp lực của công ty xây dựng đường sắt đã thành công khi thử nghiệm trong đường hầm gió. Tuy nhiên, để chứng tỏ khái niệm “Máy phát điện trong bão” thì cần tiến hành thí nghiệm chứng thực tại khu vực có bão. Chính vì vậy, từ tháng 8/2016, đã bắt đầu thí nghiệm chứng thực tại thành phố Nanjyou, Okinawa.
Tại sao lại tiến hành ở thành phố Nanjyou? Thay vì tự chúng tôi chọn lựa, thì sẽ tốt hơn nếu để người khác chọn lựa. Những người biết đến hệ thống của chúng tôi qua báo chí đã đề nghị rằng “Nếu sử dụng vùng đất của tôi ở Okinawa, vùng đất trên cao lại không có vật cản gió để tiến hành thí nghiệm thì sao?” Vì vậy chúng tôi đã sử dụng thuyền vượt biển tới Okinawa để tiến hành thí nghiêm. Nơi chúng tôi tới thực ra đã có một máy phát điện bằng gió kiểu hình chân vịt của hệ thống điện lực Okinawa và đây là nơi quá tuyệt vời để tiến hành thí nghiệm.
Vì máy thí nghiệm chứng thực hoạt động với mức độ phát điện 1kW, nên mẫu thí nghiệm cần phải làm lớn hơn mẫu dùng để thí nghiệm trong đường hầm gió. Nếu đo bằng chiều cao của trục quay thì sẽ đổi từ 1 mét thành 3 mét, gấp 3 lần máy cũ. Nếu bao gồm cả cột dùng để lắp đặt thì chiều cao tổng thể là gần 8 mét. Vấn đề chất đống như núi, nhưng để kịp mùa mưa bão chúng tôi đã phải thúc đẩy tốc độ chế tạo đến tối đa, và đón chào cỗ máy hoàn chỉnh vào ngày 7 tháng 8.
Tuy nhiên, cơn bão chính lại không vào tới Okinawa. Kết cục, trong tháng 8, không có cơn bão lớn nào vào thành phố Nanjyou. Dẫu vậy, đến tháng 9, khi cơn bão số 13 đang tiến gần vào trung tâm Okinawa, dưới những cơn gió lớn cối xay gió vẫn quay đều và tiếp tục phát điện. Tốc độ gió đo được ở gần cối xay gió là 20 m/s, không mạnh như mong đợi ban đầu nhưng đây cũng coi như là thu được kết quả đáng quý trọng.
Phát sinh rắc rối trong thí nghiệm chứng thực
Sự khắc nghiệt của môi trường còn cảm nhận được bằng làn da. Vì cấu tạo đơn giản nên các vấn đề về máy móc thì hầu như không có, nhưng vì là thí nghiệm đầu tiên ở ngoài trời nên gặp khó khăn trong các vấn đề về hệ thống điện. Đặc biệt, thường xuyên phát sinh các rắc rối do hơi nước và sương muối. Cũng có thể nói rằng từ trước tới giờ toàn phải chạy theo tìm phương án giải quyết các vấn đề đó.
Đưa ra các phương án để giải quyết các vấn đề, hướng tới sản xuất máy móc sau này cũng là một mục đích của thí nghiệm chứng thực này, nhưng tôi không nghĩ rằng lại bị xoay vòng quanh những vấn đề nhiều như thế này. Tôi đã lo lắng vì rất nhiều vấn đề chưa nhận ra được từ thí nghiệm trong đường hầm gió. Tuy nhiên, những điều nhận ra được này sẽ là điểm lưu ý cho việc phát triển cối xay gió sau này.
Nếu có chuyên gia về điện thì có lẽ sẽ phòng ngừa được các vấn đề ngay từ trước. Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang cố gắng giải quyết vấn đề và tiếp tục làm thí nghiệm thực chứng, nhưng chúng tôi mong rằng có thể nhanh chóng đưa một chuyên gia điện vào nhóm.
Biên dịch: Kiều Chinh
Theo: 日経ものづくり