Các nền văn minh cổ đại đã biết khai thác sức mạnh của gió cho nhiều mục đích khác nhau, từ xay ngũ cốc đến bơm nước và thậm chí là đẩy buồm trên thuyền.

Ngày nay, con người đã đưa khái niệm cổ xưa này lên một tầm cao mới bằng cách “gọi gió” để tạo ra điện năng.

Nghiên cứu khoa học đã chứng minh rằng khai thác năng lượng gió là một phương pháp thân thiện với môi trường để sản xuất điện. Quá trình này không cần sử dụng nhiên liệu truyền thống, cũng không phát ra bức xạ có hại hay các chất gây ô nhiễm không khí.

Quá trình này không cần đến nhiên liệu truyền thống, cũng không phát ra bức xạ độc hại hay các chất gây ô nhiễm không khí.

Vậy những thành phần chính nào cần có để biến năng lượng gió thành điện năng?

Gió, một lực tự nhiên, thổi không đều trong khí quyển. Năng lượng gió được lấy từ động năng của không khí chuyển động – một nguồn năng lượng vô tận do sự nóng lên không đều của Trái Đất và sự tuần hoàn khí quyển tạo ra. Nguyên lý cơ bản để chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng thật sự rất đơn giản, tương tự như việc vận hành ngược của một chiếc quạt điện.

Khi chúng ta cấp điện cho quạt, động cơ điện biến đổi điện năng thành động năng, làm cánh quạt quay và tạo ra luồng gió.

Ngược lại, phát điện bằng gió đảo ngược nguyên lý này: gió thổi làm quay các cánh quạt của máy phát, tạo ra chuyển động quay, và chính chuyển động quay này dẫn động máy phát để biến năng lượng gió thành điện năng.

Thiết bị chính để phát điện bằng gió là tua-bin gió, gồm ba bộ phận chính: cánh quạt gió, máy phát điện, và tháp đỡ. Các tua-bin gió thường có hai hoặc nhiều cánh quạt. Khi gió thổi, cánh quạt quay, biến đổi động năng của gió thành cơ năng. Sau đó, máy phát điện sẽ chuyển đổi cơ năng này thành điện năng. Tháp, thường là những công trình cao, có nhiệm vụ nâng đỡ cả tua-bin và máy phát.

Bạn có thể nhận thấy rằng hầu hết các tua-bin gió đều có ba cánh quạt. Thiết kế này là kết quả của nhiều tính toán khoa học và thí nghiệm trong hầm gió. Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng, so với tua-bin hai cánh hoặc nhiều cánh hơn, tua-bin ba cánh mang lại sự cân bằng và hiệu suất tốt hơn. Điều này là nhờ kết cấu cánh nhẹ và chiều dài lớn, khiến chúng trở thành lựa chọn tối ưu để khai thác năng lượng gió.

Điện từ diều gió – bước đột phá mới

Chiếc diều – vốn gắn liền với trò chơi tuổi thơ đã có một sự biến đổi kỳ diệu khi được dùng để phát điện. Những cánh diều phát điện này được thiết kế đặc biệt, có nhiều cảm biến, làm bằng vật liệu nhẹ nhưng bền chắc, có diện tích bề mặt lớn và khả năng chịu gió tốt.

Khi bay lên, diều gần như vuông góc với hướng gió, tối đa hóa lực nâng được tạo ra. Lực này tác động vào dây diều, làm quay một bàn xoay đặt dưới mặt đất. Bàn xoay quay sẽ truyền động cho máy phát điện, tạo ra điện năng.

Mặc dù ý tưởng phát điện bằng diều đã xuất hiện từ đầu thế kỷ 19, khi những cánh diều lớn được dùng để kéo tàu hỏa nhỏ, nhưng các nghiên cứu nghiêm túc chỉ mới bắt đầu từ khoảng năm 1980. Ngày nay, các nhà khoa học trên khắp thế giới đang nỗ lực khai thác điện từ diều và biến nó thành một hệ thống năng lượng gió ở độ cao.

Tuy nhiên, việc phát triển hệ thống này rất phức tạp. Nó vừa phải biến năng lượng gió thành cơ năng, vừa giữ vai trò ổn định, khiến việc thiết kế chế độ điều khiển tối ưu để vừa cân bằng vừa tạo điện năng trở thành một thách thức lớn. Thêm vào đó, nguy cơ các nhà máy điện bị sét đánh trong giông bão cũng là một vấn đề nan giải.

Tương lai của năng lượng gió trên cao

Dù vậy, người ta tin rằng trong tương lai gần, “những cánh diều gió” sẽ bay cao trên bầu trời, khai thác nguồn gió mạnh mẽ và ổn định hơn ở độ cao. Công nghệ đầy triển vọng này có khả năng cách mạng hóa phương thức sản xuất điện, giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng truyền thống và góp phần giảm thiểu tác động đến môi trường.