Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, năng lượng tái tạo đang trở thành chìa khóa cho một tương lai bền vững. Tại Việt Nam, chỉ tính riêng năm 2023, công suất điện gió đạt gần 5.000 MW, đóng góp quan trọng vào mục tiêu Net Zero 2050. Tuy nhiên, vẫn tồn tại nhiều thách thức: Làm sao khai thác hiệu quả hơn, với chi phí thấp hơn và phù hợp với điều kiện địa hình phức tạp của nước ta?

Một trong những hướng đi đầy hứa hẹn chính là tuabin gió trục đứng, công nghệ cho phép khai thác gió theo nhiều hướng, vận hành ổn định ngay cả khi tốc độ gió thấp, phù hợp cả ở vùng đô thị, miền núi hay ven biển.

PGS.TS Lê Đình Anh, giảng viên Viện Công nghệ Hàng không Vũ trụ, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội cùng các cộng sự đã nghiên cứu cải tiến tuabin gió trục đứng, công nghệ cho phép khai thác gió theo nhiều hướng, vận hành ổn định ngay cả khi tốc độ gió thấp, phù hợp cả ở vùng đô thị, miền núi hay ven biển.

Gỡ điểm nghẽn hiệu suất, mở thêm khả năng khai thác gió

PGS.TS Lê Đình Anh chia sẻ, lý do đến với nghiên hướng nghiên cứu này bắt nguồn từ quãng thời gian ông làm nghiên cứu sinh tại nước ngoài. Nhận thấy xu hướng chuyển dịch năng lượng tái tạo trên thế giới là tất yếu nhằm bù đắp cho các nguồn năng lượng truyền thống đang cạn kiệt, ông cùng nhóm nghiên cứu quyết định mở hướng đi mới, đó là nâng cao công suất khí động cho tuabin gió trục đứng.

Về nguyên lý cơ bản, tuabin gió vận hành bằng cách sử dụng luồng gió tác động làm quay các cánh tuabin. Lực quay này truyền qua hệ thống chuyển đổi đến máy phát điện để tạo ra điện năng.

Tùy theo nguyên lý làm việc, tuabin gió được phân ra hai dạng là tuabin trục đứng và tuabin trục ngang. Nhóm nghiên cứu tập trung nghiên cứu dạng tuabin trục đứng. Đây là dạng tuabin có trục vuông góc với mặt đất và vuông góc với hướng gió. Loại này chia làm hai dạng chính: loại Savonius hoạt động dựa trên lực cản và loại Darrieus hoạt động dựa trên lực nâng.

Điểm ưu việt nổi bật của tuabin gió trục đứng nằm ở cấu tạo đơn giản, chi phí chế tạo cũng như bảo trì thấp. Thiết bị có khả năng làm việc linh hoạt trong môi trường gió đa hướng, chịu được nhiễu động mạnh và phát ra tiếng ồn rất thấp.

“Với những đặc điểm ưu việt như vậy, hiện nay, tuabin gió trục đứng đã được nghiên cứu, phát triển và áp dụng trong các khu vực thành thị, cho các ứng dụng trong thành thị. Ví dụ như lắp trên các tòa nhà cao tầng, xung quanh tòa nhà cao tầng, lắp trên đường cao tốc để có thể thu được nguồn năng lượng từ xe cộ và gió xung quanh.

Tuabin trục đứng hiện cũng đang được phát triển và ứng dụng ở ngoài khơi, ví dụ như các nhà giàn hay các trạm sensor thủy văn”, PGS.TS Lê Đình Anh chia sẻ.

Tuy nhiên, loại tuabin này có một nhược điểm là hiệu suất khí động rất thấp so với tuabin trục ngang. Do vậy, đòi hỏi phải nghiên cứu để đưa ra các giải pháp làm sao nâng cao được công suất khí động của loại tuabin này.

Đứng trước thách thức đó, PGS.TS Lê Đình Anh và các cộng sự đã chọn hai hướng nghiên cứu cốt lõi, đó là nghiên cứu cải tiến biên dạng cánh khí động và phát triển các cơ cấu hướng dòng để tối ưu hóa công suất thu hoạch năng lượng.

Kết quả nghiên cứu cũng đã được công bố trên các tạp chí quốc tế uy tín, trong đó có tạp chí thuộc top 5% thế giới trong ngành.

4 đề xuất gỡ rào cản, thúc đẩy nghiên cứu năng lượng tái tạo

PGS.TS Lê Đình Anh cho hay, quá trình triển khai công trình tại Việt Nam vướng phải không ít rào cản thực tế, nhất là sự thiếu hụt trang thiết bị thí nghiệm và hệ thống đo đạc chuyên sâu.

Nhóm nghiên cứu đã nhận được những hỗ trợ rất lớn từ nhà trường cũng như từ Đại học Quốc gia Hà Nội về cơ chế và chính sách trong các đề tài nghiên cứu khoa học.

Định hướng nghiên cứu này đã nhận được các đề tài nghiên cứu của Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ quốc gia (NAFOSTED), các học bổng của Quỹ VinFuture cũng như của Đại học Quốc gia Hà Nội để thực hiện nghiên cứu.

Tuy nhiên, trước những thách thức, các nghiên cứu hiện nay của nhóm vẫn chủ yếu tập trung sử dụng các phương pháp giải tích và phương pháp mô phỏng số để tính toán, nghiên cứu và đưa ra biên dạng cánh mới cho tuabin trục đứng.

Từ thực tiễn nghiên cứu, PGS.TS Lê Đình Anh cho rằng, trong tương lai, để tiếp tục duy trì và phát triển định hướng nghiên cứu về năng lượng, chúng ta nên có một số chính sách.

Thứ nhất, đối với nghiên cứu khoa học, nên có những chính sách về đề tài, cấp thêm các đề tài cho giảng viên hoặc các nghiên cứu viên trong trường để có thể thực hiện các nghiên cứu về năng lượng nói chung và năng lượng tái tạo nói riêng.

Thứ hai, nên có chính sách để đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao về lĩnh vực năng lượng. Ví dụ như mở các ngành đào tạo về năng lượng tái tạo, có những chính sách về cơ chế học bổng cho sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh thực hiện những đề tài nghiên cứu về năng lượng tái tạo.

Tiếp đó là cơ chế làm sao để kết nối doanh nghiệp với nhà trường và các nhóm nghiên cứu để có thể triển khai nghiên cứu, thử nghiệm.

“Cuối cùng là sự gỡ rối trong các chính sách khoa học để chúng ta có thể dũng cảm và mạnh dạn thực hiện những định hướng nghiên cứu khoa học”, ông chia sẻ.