Trung Quốc sắp tạo bước nhảy vọt về công nghệ phát điện

Các nhà khoa học Trung Quốc đang nỗ lực để sớm đạt được đột phá trong công nghệ tua-bin gió trên không, với hệ thống đầu tiên trên thế giới đạt cấp độ megawatt chuẩn bị được đưa vào bay thử nghiệm.

Nhóm dự án cho biết, hệ thống phát điện gió bay này có hình dáng giống một khinh khí cầu, đang được kỳ vọng là giải pháp năng lượng khả thi cho những khu vực hẻo lánh hoặc vùng thiên tai, nơi mà các nguồn điện thông thường không thể được sử dụng hoặc không đủ đáp ứng.

Các nhà nghiên cứu cho biết hệ thống của họ có công suất vượt trội, mạnh hơn gấp 30 lần so với những hệ thống tốt nhất ở các quốc gia khác, và có thể biến tầm nhìn khoa học do nhà khoa học nổi tiếng Tiền Học Sâm đề xuất từ năm 1957 thành hiện thực.

Trong một buổi tọa đàm do Đài Phát thanh Truyền hình Bắc Kinh tổ chức mới đây, ông Ôn Hán Khoa, Giám đốc công nghệ của Công ty Công nghệ Năng lượng SAWES Bắc Kinh thông báo rằng đơn vị phát điện mới nhất của công ty với công suất 1MW đang chuẩn bị cho chuyến bay thử nghiệm.

Hệ thống này được SAWES phát triển hợp tác cùng Đại học Thanh Hoa và Viện Nghiên cứu Thông tin Hàng không Vũ trụ thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc.

Vào tháng 1, tại một căn cứ thử nghiệm ở tỉnh Giang Tây, phiên bản trước đó, một khinh khí cầu màu trắng dài 30 mét, rộng 15 mét đã bay lên độ cao 1.000 mét, truyền điện về mặt đất, chứng minh tính khả thi của công nghệ ở quy mô nhỏ hơn.

Không giống các tua-bin gió cố định trên mặt đất, vốn chỉ khai thác năng lượng gió ở độ cao khoảng 200 mét, hệ thống tiên tiến này áp dụng một cách tiếp cận khác: đưa các máy phát lên không trung như diều để thu được các luồng gió mạnh hơn, ổn định hơn ở độ cao lớn hơn.

Hệ thống sử dụng một khí cầu chứa đầy heli để nâng thiết bị phát điện nhẹ lên độ cao định trước, tại đó nó chuyển hóa năng lượng gió tầng cao thành điện năng và truyền xuống đất thông qua cáp nối.

“Gió tầng cao là nguồn năng lượng mạnh mẽ nhưng phần lớn chưa được khai thác. Ở độ cao 1.500 mét, tốc độ gió nhanh gấp ba lần so với mặt đất, có thể tạo ra lượng điện gấp 27 lần,” ông Ôn nói trong buổi tọa đàm.

Ông cũng cho biết gió tầng cao ổn định hơn, giúp việc phát điện đều đặn hơn so với tua-bin đặt trên mặt đất. Một khi các hệ thống này được triển khai với số lượng lớn, giá thành điện có thể rẻ tương đương với tua-bin gió thông thường.

Được biết, Trung Quốc bắt đầu triển khai nhóm nghiên cứu dự án từ năm 2017 và đã trải qua ba thế hệ công nghệ.

Tháng 10 năm 2024, hệ thống phát điện gió bay đầu tiên mang tên S500 đã bay lên độ cao 500 mét và bắt đầu phát điện. Với công suất 50 kilowatt, hệ thống hình dạng khinh khí cầu dài 23 mét, đường kính 15 mét này có thể cung cấp điện khẩn cấp cho vùng thiên tai.

“Thành tựu này đã phá vỡ kỷ lục thế giới trước đó về độ cao (297 mét) và công suất (30kW), do nhóm nghiên cứu của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) nắm giữ,” ông Ôn cho biết.

Đến tháng 1 năm nay, nhóm đã thử nghiệm thành công hệ thống S1000, bay lên độ cao 1.000 mét với công suất vượt quá 100kW, một lần nữa thiết lập chuẩn mực toàn cầu mới cho hệ thống điện gió tầng cao.

“Hệ thống S1500 mới phát triển có công suất phát điện 1 megawatt, tương đương với một tua-bin gió truyền thống cao 100 mét và sẽ sớm thực hiện bay thử,” ông nói.

Nền tảng lý thuyết cho công nghệ này đã được đặt ra từ lâu. Ngay từ năm 1957, ông Tiền Học Sâm đã đề xuất lý thuyết ống khuếch tán - hút khí, đồng thời gợi ý rằng việc thêm một cấu trúc hình vành quanh tua-bin gió có thể nâng cao hiệu suất đáng kể.

Một điểm đổi mới cốt lõi là cấu trúc ống độc đáo của hệ thống, kết hợp giữa túi khí chính và cánh vành tròn. Thiết kế đặc biệt này giúp tăng tốc độ khuếch tán luồng gió, nâng hiệu suất khai thác năng lượng gió lên hơn 20%.

Hệ thống S1500 sử dụng 12 máy phát điện mini đặt ở trung tâm ống dẫn, hoạt động song song. Mỗi máy phát được chế tạo từ cánh quạt sợi carbon và động cơ thiết kế riêng. Toàn bộ thiết bị nặng dưới 1 tấn, nhẹ hơn 90% so với tua-bin gió thông thường.

Nhóm nghiên cứu cho biết độ an toàn được đảm bảo nhờ hai biện pháp: radar mặt đất theo dõi môi trường bay, trong khi các cảm biến tích hợp giữ ổn định cho túi khí. Trong trường hợp gió thay đổi bất thường, hệ thống có thể hạ độ cao nhanh chóng trong vòng 5 phút.

Ông Đôn Thiên Thụy, nhà sáng lập kiêm Giám đốc điều hành của SAWES, nhấn mạnh một đột phá khác rằng nhóm đã đạt tiến bộ lớn trong việc giải quyết vấn đề rò rỉ khí của khí cầu. Những đổi mới này có thể cho phép hệ thống bay duy trì hoạt động trên không hơn 25 năm.

Theo ông Ôn, hệ thống đủ bền để hoạt động trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Khả năng triển khai nhanh chóng giúp nó lý tưởng cho hoạt động cứu trợ thiên tai, cấp điện cho các thiết bị khẩn cấp tại chỗ. Nó cũng giải quyết được bài toán cấp điện cho những khu vực biệt lập như đảo xa hay mỏ dầu.

Việc sản xuất hàng loạt đang được tiến hành tại thành phố Nhạc Dương, tỉnh Hồ Nam, miền trung Trung Quốc. Tính đến tháng 7, SAWES đã ký được hợp đồng và đơn hàng trị giá hơn 500 triệu Nhân dân tệ (tương đương 70 triệu USD).

Vào tháng 10, ông Đôn cho biết mục tiêu cuối cùng của công ty là vận hành trong tầng bình lưu (ở độ cao khoảng 10.000 mét), nơi gió mạnh gấp 200 lần. Khi đó, giá điện sẽ chỉ bằng 1/10 so với hiện nay.

Việc phát triển thành công hệ thống tua-bin gió tầng cao đánh dấu một bước tiến lớn trong hành trình chuyển đổi năng lượng của Trung Quốc.

Với khả năng khai thác nguồn gió ổn định và mạnh mẽ ở tầng khí quyển cao, Trung Quốc có thể mở rộng đáng kể nguồn cung điện sạch mà không phụ thuộc vào diện tích đất đai. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các vùng sâu vùng xa hoặc khu vực có địa hình không thuận lợi để lắp đặt tua-bin mặt đất.

Bên cạnh việc đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện trong nước, công nghệ này cũng củng cố vị thế của Trung Quốc như một quốc gia dẫn đầu về đổi mới năng lượng tái tạo, với khả năng xuất khẩu công nghệ và giải pháp kỹ thuật ra thị trường quốc tế. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn tạo ra ảnh hưởng địa chính trị mạnh mẽ trong cuộc đua xanh toàn cầu.

Với khu vực Đông Nam Á đang phát triển nhanh với nhu cầu tiêu thụ điện tăng cao, đặc biệt là tại các quốc đảo và vùng ven biển, nơi cơ sở hạ tầng điện còn hạn chế và việc mở rộng lưới điện truyền thống gặp nhiều khó khăn, việc triển khai hệ thống tua-bin gió tầng cao mang lại giải pháp thực tiễn, nhanh chóng và tiết kiệm chi phí cho các khu vực này.

Nhờ khả năng triển khai linh hoạt và vận hành trong điều kiện thời tiết phức tạp, công nghệ này không chỉ thích hợp cho các đảo xa, mà còn có thể phục vụ các khu công nghiệp, trạm nghiên cứu hay khu vực thường xuyên xảy ra thiên tai.

Nếu được Trung Quốc chuyển giao công nghệ và triển khai rộng rãi, đây có thể là bước ngoặt cho chiến lược an ninh năng lượng và phát triển bền vững của khu vực Đông Nam Á trong thập kỷ tới.