Sử dụng năng lượng gió trên trời cao: Cuộc chạy đua về năng lượng gió 2.0

Gió trên trời cao có tiềm năng to lớn để tạo ra năng lượng. Hãy nhớ lại thời thơ ấu  chơi thả diều. Chạy đà, kéo, giật con diều bay lên, lúc đầu là là trên mặt đất rồi lên cao dần, cao dần, cuối cùng vút lên trời cao. Đôi khi diều  kéo mạnh đến mức bạn gần như cảm thấy bản thân mình đang cất cánh. Nếu gió ở gần bề mặt trái đất mạnh đến mức gần như có thể cuốn bạn bay lên  thì ở tít trên cao, gió thổi mạnh đến mức nào?

Trong thực tế, gió ở độ cao từ 200 mét trở lên so với mặt đất có sức mạnh khôn lường, sức gió ở độ cao này có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn hẳn so với turbine gió trên đất liền. Gió ở trên cao vừa mạnh hơn vừa ổn định hơn do đó tạo ra nhiều năng lượng hơn. Về lý thuyết, khi tốc độ gió tăng gấp đôi, năng lượng  được tạo ra có thể tăng gấp tám lần.

Giáo sư Moritz Diehl, Viện trưởng Viện Công nghệ vi hệ thống tại Đại học Freiburg, cho rằng, khai thác gió ở độ cao lớn là một trong những công nghệ tương lai đầy hứa hẹn của năng lượng tái tạo. Tuy nhiên cho đến nay, nguồn năng lượng trên trời cao này hầu như chưa được nghiên cứu nhiều.

Stephan Wrage, Giám đốc điều hành doanh nghiệp năng lượng gió SkySails-Power, muốn thay đổi điều đó. Ông nói, cần nỗ lực hơn nữa để “nguồn năng lượng tái tạo chưa được khai thác lớn nhất thế giới này” đi vào áp dụng trên diện rộng.

Trong nhiều năm qua, nhiều kỹ sư, nhiều doanh nghiệp  mới thành lập và các tổ hợp quốc tế  đã tham gia vào một cuộc chạy đua công nghệ để tìm ra giải pháp khai thác nguồn năng lượng trên trời cao nhằm đưa nó xuống mặt đất với giá thành rẻ. Nhiều người đã thất bại trong nỗ lực này, một số đã phá sản, nhưng một số  người lại đứng trước bước đột phá, để đưa các nhà máy điện bay của họ ra thị trường.

Một trong những dự án đầu tiên gây chấn động nhiều năm trước là việc ra mắt nguyên mẫu BAT của doanh nghiệp Altaeros của Mỹ vào năm 2010. Khi đó  Altaeros đã phát triển một máy phát điện được tích hợp vào một khí cầu chứa khí heli. Turbine gió không có trụ và móng. Nó chỉ được gắn vào mặt đất  bằng một sợi cáp và đã được thử nghiệm ở Alaska. Ở đó, trên độ cao 600 mét, nó tạp ra nguồn năng lượng có thể đáp ứng nhu cầu của khoảng 50 hộ gia đình.

Cũng thời gian trên doanh nghiệp SkySails của Đức đã phát triển một loại diều bay trên cao có thể kéo cả con tầu chở container, qua đó nhằm tiết kiệm khoảng 10% lượng tiêu thụ dầu diesel của con tầu này. Thử nghiệm diều đã thành công. Tuy nhiên, doanh nghiệp vận tải đã bị phá sản. Cả diều và turbine heli đều không chinh phục được thị trường.

Qua hai thí nghiệm không thành công này, người ta dù sao cũng nhất trí được một điều là bất kỳ ai muốn khai thác gió ở độ cao lớn đều cần có các nhà máy điện bay.

Google đã xuất hiện. Năm 2013, tập đoàn phần mềm này đã mua doanh nghiệp khởi nghiệp năng lượng Makani với số tiền không được tiết lộ. Sự kiện này đã gây ra một sự phấn chấn, lạc quan trong ngành này. Với tiền của Google, Makani trở thành doanh nghiệp đi tiên phong. Nhà máy điện bay của hãng này có kích thước tương đương một chiếc máy bay cỡ nhỏ.

Máy bay được đưa lên độ cao khoảng 300 mét, nơi nó liên tục lượn vòng với sự tối ưu hóa. Tốc độ cao tạo ra các luồng gió trên cánh quạt từ đó tạo ra điện. Việc tạo ra một lượng năng lượng đáng kể bằng một máy phát điện khá nặng nề trên tàu bay nghe có vẻ khá điên rồ vào thời điểm đó. Nhưng dù sao thì nó cũng đã đi vào hoạt động.

Theo Makani, chiếc máy bay này sản xuất đủ điện cho 300 hộ gia đình sử dụng. Điều này dường như là một đột phá mà mọi người đang mong đợi. Nhưng đột nhiên, mọi sự trở nên tồi tệ. Một chiếc máy bay bị rơi trên biển trong một cuộc thử nghiệm. Năm 2020, công ty mẹ của Google là Alphabet hủy bỏ dự án với lý do là nghi ngờ về hiệu quả kinh tế của công nghệ này.

Tuy nhiên, sự kết thúc của Makani không có nghĩa là sự cáo chung của năng lượng gió trên trời cao. Một thế hệ khởi nghiệp mới đã đi vào hoạt động với những chiếc máy nhỏ, đòi hỏi ngày càng ít vật liệu hơn. Một số áp dụng cách tiếp cận của Makani về kỹ thuật. Một số móc máy bay của họ vào một sợi cáp mà khi được kéo sẽ vận hành máy phát điện.

Một số  khác lại thay thế máy bay bằng những cánh diều. Trong số đó có doanh nghiệp SkySails-Power của Đức.

Con diều họ sử dụng cái gọi là chu trình bơm tuần hoàn. Diều tự động cất cánh, hướng theo chiều gió và cuốn theo sợi dây từ máy phát điện khi nó bay lên. Nơi gió thổi mạnh nhất, nó bay theo hình số tám, kéo theo sợi dây, tạo ra năng lượng. Diều được cho là có thể ở trên không trong nhiều giờ, nhiều ngày và nhiều tuần lễ. Khi gặp thời tiết xấu hoặc nguy hiểm, nó sẽ kích hoạt báo động và có thể được thu hồi. Theo Skysails-Power, một con diều có thể cung cấp điện cho 500 hộ gia đình và sử dụng vật liệu giảm tới 90%.

Ưu điểm so với năng lượng gió thông thường thể hiện ở sự linh hoạt và ở khâu hậu cần, vì không cần các thiệt bị lắp đặt to lớn, nặng nề như cần cẩu hoặc phải có đường xá đặc biệt tốt để lắp đặt, nâng hoặc kéo turbin. Người ta có thể vận hành chúng trên rừng, có thể hạ thiết bị khi cần tránh các bầy chim bay qua vv….

Năng lượng gió thông thường vẫn rẻ hơn và có thể áp dụng rộng khắp hơn. Phương án khai thác gió trên độ cao lớn không nhằm thay thế tuốc bin gió mà chỉ là một sự bổ sung nhằm tận dụng tốt hơn năng lượng tái tạo.

Theo một nghiên cứu của ngành công nghiệp năng lượng gió, năng lượng từ gió trên cao có thể trở nên rẻ hơn đáng kể so với dầu diesel trong tương lai, thậm chí còn rẻ hơn cả năng lượng gió truyền thống.

Theo Rishikesh Joshi, một nhà khoa học tại Khoa Kỹ thuật Hàng không vũ trụ thuộc Đại học Delft, mọi thứ mới ở giai đoạn sơ khai. “Hiện tại chúng ta  không thể đạt được mức giá như vậy vì mọi thứ vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu. Ngành công nghiệp gió cũng phải mất 40 năm để sản xuất điện với giá rẻ như hiện nay. Sẽ mất một số năm nữa trước khi chúng ta đạt được mức giá đó”.

Để làm được điều này, vẫn cần phải đầu tư rất nhiều vào lĩnh vực này và phải có lời đáp cho một loạt quy định liên quan đến giao thông hàng không.

Skysails-Power hiện là công ty hàng đầu trong lĩnh vực này và cho đến nay đã bán thiết bị đầu tiên cho Mauritius. Ở đó, họ hợp tác với một tập đoàn đầu tư IBL Energy Holdings Ltd.

Tầm nhìn là xây dựng ngành công nghiệp gió tầm cao ở Đông Phi từ Mauritius và cũng vận hành các trang trại gió diều nổi ngoài khơi trong tương lai.

Nhưng vẫn còn một chặng đường dài trước khi tới đích.   Cuộc thi đua cho thế hệ năng lượng gió tiếp theo đang diễn ra sôi nổi.

Xuân Hoài  tổng hợp

Nguồn: https://www.focus.de/wissen/natur/wissen-umwelt-hoehenwinde-das-rennen-um-windkraft-2-0_id_189471102.html

https://www.dw.com/de/google-windenergie-der-zukunft/a-64943199#:~:text=H%C3%B6henwinde%20bergen%20enormes%20Potenzial%20zur,ans%20Drachenfliegen%20in%20ihrer%20Kindheit%3F