1-Sơ lược về năng lượng gió
Theo dự báo quốc tế, đến năm 2050 dân số thế giới sẽ tăng 8 đến 10 tỷ người, nhu cầu tiêu thụ năng lượng sẽ tăng lên gấp 5 đến 10 lần. Nước ta lúc đó sẽ tiêu thụ năng lượng bao nhiêu chưa ai dự đoán được?
Tại hội thảo về “Năng lượng bền vững tương lai cho Việt Nam” do Viện Goethe, CHLB Đức, tổ chức tại Hà Nội 2006, TS. Hermann Sheed, nghị sĩ Quốc hội CHLB Đức, Chủ tịch Hội Năng lượng tái tạo thế giới, khẳng định: “Trong vòng 25-40 năm nữa là than đá, dầu mỏ cạn kiệt... Những năm tám mươi của thế kỷ 20, một thùng dầu giá 12 USD, khi đến Mỹ phải cộng thêm 7 USD nữa. Nay một thùng dầu 70 USD, thực tế giá hơn 2.000 USD/thùng, vì chỉ tính riêng xây dựng đường ống dẫn dầu từ biển Caspien sang Tây Âu tốn kém kinh phí kỹ thuật, thiết bị, đền bù đất đai... nhiều tỷ USD, cộng thêm chi phí cho 11.000 nhân lực bảo vệ đường ống nữa”. Những người dự hội thảo đều nhấn mạnh tầm quan trọng của năng lượng gió và năng lượng mặt trời, coi là năng lượng bền vững, năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường...
Năng lượng gió tiềm tàng vô tận, khoảng 10 triệu tỷ KW. Nếu chỉ sử dụng 10% năng lượng này cũng đủ dùng cho toàn thế giới. Toàn cầu đang dốc sức đầu tư khai thác hai nguồn năng lượng sạch này. Vậy Việt Nam ta thì sao ?...
2- Sự thiếu hụt năng lượng ở Việt Nam:
Năng lượng là yếu tố quan trọng nhất bảo đảm phát triển kinh tế, nâng cao đời sống, nên ta đã tập trung xây dựng hàng loạt nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện như: Thác Bà, Hoà Bình, Trị An, Yaly, Uông Bí, Phả Lại, Cao Ngạn, Ninh Bình, Phú Mỹ... Nhưng dù khi nhà máy thuỷ điện Sơn La lớn nhất Đông Nam Á đi vào hoạt động cũng không thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng lên không ngừng của công nghiệp hoá, hiện đại hoá nước nhà. Chờ đến năm 2020, Việt Nam trở thành nước công nghiệp, nhu cầu năng lượng tăng gấp bốn (Năm 2006 sản xuất 60,6 tỷ kWh với công suất 12.352MW, dự kiến năm 2020 là 294,012 tỷ kWh với tổng công suất 48.642 MW). Lúc đó dù có thêm nhà máy điện nguyên tử đầu tiên 4.000MW nữa, nước ta vẫn có nguy cơ thiếu hụt năng lượng nghiêm trọng cho sản xuất, kinh doanh, phát triển kinh tế.. .(dự kiến thiếu 4.000MW mua của Lào 2.000MW, Campuchia 1.000MW, Trung Quốc 1000MW). Lúc đó dầu mỏ, than đá bắt đầu cạn kiệt, giá dầu có thể lên đến 150 USD/thùng. Ngay bây giờ ta nên đề ra đường lối chiến lược đầu tư lớn khai thác năng lượng gió, năng lượng mặt trời.
3- Năng lượng gió có ưu điểm so với các dạng năng lượng khác:
Ai cũng biết: Năng lượng hạt nhân với ưu điểm là sử dụng nhiên liệu ít, công suất rất lớn. Tuy nhiên tính độc hại từ việc khai thác, làm giàu, xử lý nguyên liệu Uranium đến việc cất giấu chất thải, các thiết bị nhiễm phóng xạ mất an toàn, gây ô nhiểm môi trường rất nguy hiểm... không sao tính được. Thảm hoạ khủng khiếp nhà máy điện nguyên tử Chernobyl 1986, là bài học đau đớn làm hàng vạn người chết, còn lâu nữa mới giải quyết xong hậu quả. Vì vậy nhân dân nhiều nước phản đối xây dựng nhà máy điện hạt nhân. Xây dựng một nhà máy điện hạt nhân lại không rẻ. Giá xây dựng 4.000 USD/KW...
Những nhà máy nhiệt điện dùng nhiên liệu than đá, dầu mỏ, khí đốt có ưu điểm là giá xây dựng rẻ 1000-3000 USD/KW, nhưng gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, gây hiệu ứng nhà kính. Khu dân cư và động thực vật rất khó tồn tại quanh nhà máy điện than đá, than nâu, vì bụi mù mịt, cây cối trụi lá do mưa axit đã xảy ra ở Tây Âu, con người thiếu không khí trong lành để thở...
Năng lượng thuỷ điện cũng gây ô nhiễm môi trường chẳng kém, phá hoại rừng gây lũ lụt nghiêm trọng, nhiên liệu không phải mua, tuy nhiên kinh phí xây dựng quá cao, chiếm diện tích lòng hồ rộng lớn (1 Kw mất 1 ha), di dân phức tạp, lại kéo dài thời gian xây dựng có lúc cả chục năm, khó đáp ứng nhu cầu sử dụng kịp thời...
Năng lượng mặt trời có ưu điểm là không ô nhiễm môi trường sinh thái, không cần mua nhiên liệu, chỗ nào cũng có ánh nắng, điện tại chỗ không cần chuyển tải điện đi xa, nhưng chỉ có ánh sáng ban ngày, mùa nắng, giá đầu tư khai thác rất đắt, 7.000 USD/KW, tuổi thọ các tế bào quang điện không dài...
Khác biệt với các năng lượng trên, năng lượng gió tuy có nhược điểm là không đều, lúc mạnh, lúc yếu. Dĩ nhiên ưu điểm nổi trội là năng lượng sạch, không ô nhiễm môi trường, ban đêm lẫn ban ngày, mùa nào, đâu đâu cũng có, không cần mua nhiên liệu, giá xây dựng rẻ, chỉ bằng 1/3 đến 1/7 năng lượng trên... Tiền ít, mỗi gia đình có thể xây dựng trạm điện phong riêng...
Năng lượng gió được sử dụng sớm nhất, thuyền buồn giao lưu buôn bán, vận tải hàng hoá trên sông, biển từ thế kỷ thứ XI trước công nguyên. Turbin gió được phát minh từ thế kỷ 14, thịnh hành thế kỷ 19, lúc đó ở Mỹ có 6 triệu Turbin gió. Ngày nay ở Hà Lan, Đan Mạch, CHLB Đức... Turbin gió được phát triển rất mạnh phục vụ cho nền kinh tế rất hữu hiệu. (Năm 2006, CHLB Đức có 18.685 công trình năng lượng gió với công suất 20.623 MW tạo ra 30 tỷ KWh điện, cung cấp 5,6% tiêu thụ điện ở Đức- Toàn cầu đạt 74.306MW)... Vậy ta nên học tập được gì ở họ về khai thác năng lượng gió?
4- Tiềm tàng năng lượng gió ở Việt Nam
Nước ta có vị thế bờ biển dài trên 3.000km, có nhiều bán đảo, hải đảo, núi cao, đèo thẳm có gió mạnh quanh năm, có nơi tốc độ gió đạt cấp VI, cấp VII. Tuy nhiên tiềm năng này đang chưa được khai thác hiệu quả.
5- Thực tế đã chế tạo turbin gió ở Việt Nam:
Thực tế ở nước ta từ 1960, đã đầu tư về năng lượng gió để phát điện, bơm nước. Nhiều cơ quan, đơn vị, cá nhân đã chế tạo hàng ngàn, hàng vạn động cơ gió (chép lại nguyên xi mẫu nước ngoài) lắp đặt nhiều nơi ở bờ biển, miền Trung, bán đảo, hải đảo... Tuy nhiên hiệu suất rất thấp, hầu hết bị gãy cánh, gãy đuôi lái, gây chán nản cho người sử dụng lẫn người chế tạo...
Trong khi đó đã có nhiều đề tài Nghiên cứu khoa học về năng lượng gió, chế tạo động cơ gió… tuy nhiên chưa áp dụng được trong thực tế.
6- Vài nguyên nhân bất thành chế tạo turbin gió:
Nguyên nhân khách quan là do sao chép máy móc rôto gió theo nguyên lý chong chóng được phổ biến trên thế giới, mà không phát hiện nó vốn có hiệu suất thấp, vì tác động của gió bị trượt nhiều, lực tạo ra mômen quay rất nhỏ so với lực tác dụng. Thường lắp đặt ở chỗ gió không đủ mạnh, nên Turbin gió cỡ lớn (diện tích cánh vài chục m2, trong lượng vài tấn/cánh) do sức ì trọng lượng, không khởi động được ở tốc độ gió dưới 8m/s. Khi gió to, trọng lượng nặng của cánh giảm bớt công suất ngay ở tốc độ gió 10-17m/s....
Nguyên nhân chủ quan: Việc đầu tư của nhà nước vào lĩnh vực nghiên cứu khoa học chưa thực sự hiệu quả. Điều kiện kỹ thuật cũng như độ chính xác của các kỹ sư còn hạn chế nên chỉ chế tạo Turbin gió vài trăm W, không chế tạo được Turbin gió cỡ lớn. Mặt khác chưa ai chế tạo được máy phát điện đa cực chuyên dùng cho Turbin gió...
7- Đề xuất giải pháp mới khai thác năng lượng gió:
Qua hàng chục năm tìm tòi nghiên cứu, xây dựng hàng trăm mô hình thí nghiệm các loại turbin gió, qua sách vở và tính toán phân tích lý giải, tác giả đã phát hiện nhiều nhược điểm cơ bản của các Turbin gió đã có và tìm ra “Giải pháp mới về Design thiết bị khai thác năng lượng gió ĐRĐ3n.HTHG4m” theo nguyên lý cản cánh buồm với những ưu điểm cơ bản dưới đây:
1- Khác biệt với rôto gió trục ngang, thiết bị khai thác năng lượng gió theo nguyên lý cản cánh buồm xoè cánh ra đón gió mọi hướng, nên gió chiều nào rô tô cũng quay, không cần bánh lái chỉnh hướng.
2- Khác biệt turbin gió rôto trục ngang gió tác động vào cánh bị trượt nhiều, thiết bị này đón gió theo nguyên lý cản cánh buồm có hiệu suất cao.
3- Khác biệt với rôto gió đã có, thiết bị này có khả năng tăng áp lực, tăng vòng quay của rôto, tăng công suất lên nhiều lần nhờ hệ thống phụ.
4- Thiết bị có khả năng điều chỉnh ổn định tốc độ của rôto bằng tăng giảm lưu lượng gió tác động vào rôto.
5- Sải cánh ngắn, momen uốn nhỏ nên không sợ gãy cánh như rôto khác.
6- Khác biệt với rôto gió trục ngang chỉ khởi động ở tốc độ gió cao, thiết bị này khởi động ở tốc độ gió thấp.
7- Thiết bị rất dễ thiết kế, chế tạo, dễ thi công lắp đặt.
8- Giá thành hạ so với các rôto gió khác nhiều lần.
Những ưu điểm nổi trội ở trên, nếu được đầu tư kinh phí, kỹ thuật của nhà nước sẽ có hàng loạt Turbin gió lớn nhỏ được chế tạo, lắp đặt tại nơi người sử dụng với giá rẻ phục vụ nhu cầu của nhân dân, đặc biệt là bộ đội, nông, ngư dân, đồng bào dân tộc ít người ở những vùng có gió mạnh quanh năm như bờ biển, hải đảo, núi cao, vùng sâu, vùng xa mà điện lưới quốc gia không đến được, hay nếu đến đó được thì kinh phí quá lớn...
8- Thông điệp gửi đến gửi đến các nhà sản xuất kinh doanh:
Trong vòng vài thập niên nữa than đá, dầu mỏ, khí đốt không còn nữa. Nguồn năng lượng sẽ dần cạn kiệt. Chính vì thế, ngay từ bây giờ ta nên mở ra đường lối chiến lược, cần có bước đột phá phát triển năng lượng gió để cứu chúng ta thoát khỏi nạn thiếu đói năng lượng sẽ đe doạ chúng ta và con cháu mai sau... Chúng ta không nên bắt chước, bám đuổi giải pháp khai thác năng lượng gió bằng rôto gió theo “nguyên lý chong chóng” của nước ngoài vì đã cũ, nhiều bất hợp lý, hiệu suất thấp, chế tạo khó, đắt tiền, hầu hết rôto gió ở ta gãy cánh, gãy đuôi lái... Với ý nghĩa đó, tác giả đề xuất sáng chế trên về khai thác năng lượng gió.