"Cối xay gió": Trung Quốc thủ nghiệm khinh khí cầu thu năng lượng gió cấp Megawatt đầu tiên trên thế giới

Trung Quốc vừa hoàn thành chuyến bay đầu tiên của tuabin gió nổi do nước này tự thiết kế - S1500 - tại thành phố Hami, Tân Cương.

Hệ thống đã vượt qua hàng loạt thử nghiệm nghiêm ngặt, bao gồm lắp ráp toàn bộ trong điều kiện sa mạc và nhiều lần triển khai/thu hồi trong gió lớn. Đây được coi là cột mốc quan trọng đối với công nghệ điện gió trên không.

S1500 là hệ thống thương mại cấp megawatt, bay lơ lửng trên bầu trời như một khí cầu khổng lồ. Nó dài khoảng 60 mét, rộng 40 mét, cao 40 mét, và được xem là máy phát điện gió trên không lớn nhất từng được chế tạo, theo công bố của Công ty Công nghệ Năng lượng SAWES Bắc Kinh – một trong các đơn vị phát triển.

Khác với tuabin gió truyền thống, S1500 không cần trụ tháp hay móng sâu, giúp tiết kiệm 40% vật liệu và giảm 30% chi phí điện. Toàn bộ hệ thống có thể di chuyển trong vài giờ, rất phù hợp với môi trường sa mạc, hải đảo hoặc khu khai thác mỏ.

Thiết kế tiên tiến khai mở “năng lượng bầu trời”

S1500 sử dụng cánh chính và cánh vòng khép kín để tạo thành một ống gió khổng lồ. Bên trong đó có 12 bộ tuabin–máy phát điện, mỗi bộ công suất 100 kW. Các rotor này thu gió mạnh và ổn định ở độ cao lớn rồi chuyển thành điện năng, truyền xuống mặt đất qua dây cáp

Hệ thống được SAWES phát triển với sự hỗ trợ của Đại học Thanh Hoa và Viện Nghiên cứu Thông tin Hàng không Vũ trụ (AIR), Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc. Các nhà nghiên cứu đã làm chủ công nghệ ổn định khí cầu, máy phát siêu nhẹ và dây cáp cao áp dài hàng km, biến ý tưởng tuabin gió bay quy mô lớn thành hiện thực.

Những nguyên mẫu trước đó đã mở đường cho S1500. Tháng 10/2024, khí cầu S500 bơm heli đã vươn tới độ cao khoảng 500 mét trên bầu trời tỉnh Hồ Bắc, tạo ra hơn 50 kW điện. Ba tháng sau, S1000 leo lên khoảng 1.000 mét, nâng gấp đôi công suất lên 100 kW. Các bước tiến tiệm tiến này đã góp phần kiểm chứng ý tưởng khai thác năng lượng ở độ cao lớn.

Tua-bin bay nổi thương mại quy mô megawatt do Trung Quốc tự thiết kế — S1500 — đã hoàn thành thành công chuyến bay đầu tiên tại Hà Mi, miền tây bắc Trung Quốc, sau khi vượt qua các bài thử gồm lắp ráp hoàn toàn trong điều kiện sa mạc và quy trình triển khai–thu hồi liên tục trong gió mạnh.

Gió trên cao: Nguồn năng lượng khổng lồ chưa được khai thác

Các luồng gió ở độ cao từ 500 m đến 10.000 m trên mặt đất thường mạnh và ổn định hơn nhiều so với gió tầng mặt. Đây là nguồn năng lượng dồi dào, phân bố rộng rãi và hoàn toàn không phát thải carbon.

Vật lý của năng lượng gió khiến nguồn tài nguyên này trở nên vô cùng giá trị. “Khi tốc độ gió tăng gấp đôi, năng lượng mà nó mang theo tăng lên gấp tám; tăng gấp ba tốc độ, bạn có 27 lần năng lượng,” ông Cung Trạch Kỳ (Gong Zeqi), nhà nghiên cứu của AIR, giải thích.

Sự tăng trưởng theo lũy thừa này cho thấy vì sao các tua-bin bay ở độ cao lớn như S1500 có thể tạo ra điện năng nhiều hơn hẳn so với các hệ thống đặt trên mặt đất thông thường.

SAWES cũng hình dung sử dụng nền tảng này cho ứng cứu thảm họa nhanh. Hệ thống có thể được triển khai khẩn trương sau động đất hoặc lũ lụt để cung cấp điện cho đèn chiếu sáng, máy bộ đàm và các thiết bị cứu sinh.

“Bệ khí động có thể được phóng nhanh sau một trận động đất hay lũ lụt để duy trì hoạt động của đèn, radio và các thiết bị cứu sinh,” ông Ôn Hán Khoa (Weng Hanke), giám đốc công nghệ của SAWES, cho biết.

Hỗ trợ quốc gia & kế hoạch tương lai

Trung Quốc đã sớm nhận ra tiềm năng của điện gió trên không. Ủy ban Cải cách & Phát triển Quốc gia đã ban hành kế hoạch hành động cho nghiên cứu và phát triển các tuabin gió tầng cao quy mô lớn giai đoạn 2016–2030.

Nhờ giảm phụ thuộc vào tuabin truyền thống, hệ thống bay có thể mở ra các nguồn năng lượng mới ở vùng xa xôi hoặc khó tiếp cận. Tính cơ động cũng khiến chúng trở nên hữu ích trong các dự án tạm thời hoặc cung cấp điện khẩn cấp.

S1500 là đỉnh cao của hàng thập kỷ nghiên cứu năng lượng tầng cao. Chuyến bay thành công cho thấy Trung Quốc đã sẵn sàng khai thác một trong những nguồn năng lượng tái tạo lớn cuối cùng chưa được tận dụng.

Với việc gió trên cao mang nhiều lần năng lượng so với gió tầng mặt, tuabin gió bay hứa hẹn sẽ sớm trở thành yếu tố quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu.

Nguồn| Interesting Engineering - "‘Windmill’: China tests world’s first megawatt-level airship to capture high winds"