Chào một ngày mới năng lượng! Tua-bin gió hoạt động dựa trên một nguyên lý đơn giản nhưng đầy sức mạnh: chuyển đổi năng lượng động học từ gió thành cơ năng, rồi tiếp tục biến cơ năng đó thành điện năng thông qua một máy phát.

Các cánh quạt—thường được thiết kế mô phỏng hình dáng khí động học của cánh máy bay—bắt gió và bắt đầu quay. Chuyển động này làm quay một trục nối với hộp số, giúp tăng tốc độ quay.

Trục cuối cùng kết nối trực tiếp với máy phát điện, tạo ra dòng điện để cung cấp cho lưới điện quốc gia. Các tua-bin hiện đại có thể tạo ra điện ngay cả khi gió chỉ ở mức nhẹ 6 dặm/giờ, và đạt hiệu suất tối ưu trong khoảng từ 25–55 dặm/giờ. Chiều dài cánh và độ cao tháp tua-bin đóng vai trò then chốt trong việc quyết định lượng điện tạo ra, vì càng cao thì gió càng ổn định và mạnh mẽ hơn.

Điện gió ngoài khơi hay trên đất liền: Đâu là lựa chọn tối ưu?

Các trang trại điện gió có thể được xây dựng trên đất liền (onshore) hoặc ngoài khơi (offshore). Tua-bin gió trên đất liền dễ bảo trì hơn và chi phí xây dựng thấp hơn, nhưng lại bị hạn chế bởi diện tích đất và sự phản đối của người dân do tiếng ồn hoặc ảnh hưởng thị giác. Ngược lại, tua-bin ngoài khơi tận dụng được luồng gió mạnh và ổn định hơn. Nhờ vậy, chúng tạo ra lượng điện nhiều hơn, nhưng đồng thời đòi hỏi chi phí xây dựng và bảo trì cao hơn vì môi trường biển khắc nghiệt. Dẫu vậy, các quốc gia như Anh, Đức và Trung Quốc vẫn đang đầu tư mạnh mẽ vào điện gió ngoài khơi để tận dụng tối đa tiềm năng tạo điện của nó.

Vật liệu cấu thành tua-bin: Khoa học đằng sau sức mạnh gió

Chất liệu tạo nên tua-bin ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền của thiết bị. Phần lớn cánh quạt được làm từ vật liệu tổng hợp như nhựa gia cố sợi thủy tinh—vừa nhẹ lại vừa chắc chắn. Thân tháp thường được làm từ thép, dù hiện nay có nhiều thiết kế sử dụng bê tông để giảm chi phí. Một số máy phát tua-bin sử dụng nam châm vĩnh cửu (PMSG), bên trong chứa các nguyên tố đất hiếm như neodymium và dysprosium. Tuy hiệu quả cao, nhưng việc khai thác những nguyên tố này gây ra vấn đề về môi trường, đồng thời tạo ra rủi ro trong chuỗi cung ứng toàn cầu do tính khan hiếm và nhạy cảm chính trị.

Thách thức tích trữ và hòa lưới điện

Mặc dù có nhiều ưu điểm, điện gió lại mang tính gián đoạn vì phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện thời tiết. Sản lượng điện thay đổi theo giờ và theo mùa, khiến việc tích hợp vào hệ thống lưới điện trở nên phức tạp. Các nhà vận hành lưới cần cân bằng cung – cầu liên tục, thường phải dựa vào các nguồn bổ sung như thủy điện hoặc nhiên liệu hóa thạch khi gió yếu. Các giải pháp lưu trữ năng lượng như pin lithium-ion hoặc hệ thống thủy điện tích năng (pumped hydro storage) là chìa khóa để tận dụng tối đa điện gió. Bên cạnh đó, công nghệ điện phân để sản xuất hydro cũng đang được kỳ vọng sẽ trở thành giải pháp lưu trữ năng lượng trong tương lai.

Tác động môi trường và kinh tế

Điện gió thường được ca ngợi là thân thiện với môi trường, nhưng không phải không có mặt trái. Quá trình xây dựng tua-bin thải ra khí nhà kính, và cánh quạt hiện nay chưa thể tái chế hoàn toàn, gây ra áp lực lên bãi chôn lấp. Ngoài ra, một số trang trại gió có thể gây nguy hiểm cho chim và dơi do va chạm với cánh quạt, tuy nhiên những cải tiến trong thiết kế và vị trí lắp đặt đã giúp giảm thiểu rủi ro này. Về mặt kinh tế, điện gió tạo ra nhiều việc làm trong các lĩnh vực xây dựng, kỹ thuật và bảo trì. Theo Tổ chức Năng lượng Tái tạo Quốc tế (IRENA), ngành điện gió đã hỗ trợ hơn 1,25 triệu việc làm trên toàn cầu tính đến năm 2023. Ngoài ra, nó còn giúp đa dạng hóa nguồn cung năng lượng, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu và ổn định giá điện trong dài hạn.

Cả thế giới hướng về điện gió

Các chính phủ trên khắp thế giới đang xem điện gió là một phần thiết yếu trong chiến lược năng lượng sạch. Năm 2023, tổng công suất điện gió toàn cầu đã vượt mốc 950 GW, với Trung Quốc dẫn đầu, tiếp theo là Mỹ, Đức và Ấn Độ. Các chính sách khuyến khích, cam kết giảm phát thải carbon và đầu tư hạ tầng xanh tiếp tục thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của ngành này. Các nền kinh tế mới nổi—đặc biệt là ở châu Phi và Mỹ Latinh—cũng đang khai thác điện gió cho các dự án điện khí hóa nông thôn quy mô nhỏ. Những đổi mới như tua-bin trục đứng dạng mô-đun hay hệ thống gió bay (airborne wind systems) đang mở ra tiềm năng mới về địa điểm và cách thức khai thác năng lượng gió.

Điện gió không chỉ là những cánh quạt xoay trong gió—nó đang dần trở thành trụ cột của một nền kinh tế ít carbon. Dù còn nhiều thách thức về công nghệ và hạ tầng, khả năng mở rộng, chi phí hợp lý và lợi ích môi trường của điện gió khiến nó trở thành nguồn năng lượng không thể thiếu trong tương lai. Khi nghiên cứu tiếp tục phát triển và hạ tầng được hoàn thiện, điện gió chắc chắn sẽ đóng vai trò then chốt trong hành trình cung cấp năng lượng cho hành tinh—một cách sạch sẽ, êm ái và hiệu quả.