Đây là công nghệ tiên tiến có khả năng chuyển đổi năng lượng cơ học không ổn định và ngẫu nhiên từ các hoạt động như gió, mưa, dòng chảy, sóng biển thành điện năng.
Tạo ra điện từ ma sát
Nhóm BK TENG gồm các sinh viên Lê Hoàng Minh, Trần Duy Khang, Nguyễn Hoàng Gia Huy, Đỗ Nguyễn Chi Mai, Bùi Đức Nghị, Lê Văn Trí, Giang Quốc Phong, Lâm Hoàng Vĩnh Khang đến từ nhiều chuyên ngành học của Trường ĐH Bách khoa, ĐH Quốc gia TPHCM đã cùng nhau nghiên cứu và phát triển sản phẩm máy phát điện gió bằng công nghệ ma sát cánh quạt trục đứng – tạo ra điện bằng ma sát của cánh quạt điện gió. Sản phẩm có tên máy phát điện nano ma sát WD-TENG.
Lê Hoàng Minh cho biết, thiết bị dựa trên công nghệ TENG (viết tắt của triboelectric nanogenerator - máy phát điện nano ma sát), một công nghệ tân tiến trong việc thu thập năng lượng từ môi trường.
Đây là công nghệ có khả năng chuyển đổi năng lượng cơ học không ổn định và ngẫu nhiên từ các hoạt động hàng ngày của con người (chạm tay, đi bộ) hoặc từ các hiện tượng tự nhiên (gió, mưa, dòng chảy, sóng biển) thành điện năng, dựa trên sự kết hợp của hai hiệu ứng là tích điện ma sát và cảm ứng tĩnh điện.
Khi vận hành, thiết bị thu năng lượng gió từ môi trường và chuyển đổi chúng thành nguồn điện dựa vào công nghệ TENG. Các thiết bị có thể kết nối với nhau tạo thành 1 mạng lưới truyền tải điện. Với những ưu điểm như nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, có thể thu năng lượng gió hiệu quả ở tất cả mọi hướng ngay cả trong điều kiện tần số thấp.
Công nghệ TENG cùng với thiết bị chuyển đổi dao động cơ học có thể triển khai trong môi trường đô thị lớn. Đây là khả năng mà các công nghệ khai thác năng lượng tái tạo hiện nay không có, hoặc có nhưng hiệu suất rất thấp.
Các công nghệ như điện gió, điện mặt trời, điện hạt nhân… đều cần diện tích rộng, xa khu dân cư để triển khai. Cá biệt, điện mặt trời có thể triển khai trong khu vực dân cư, đô thị nhưng hiệu suất điện năng không cao và pin năng lương mặt trời sau một thời gian sẽ trở thành rác thải khó tái chế.
Sản phẩm này khắc phục các khuyết điểm trên trong việc tận dụng nguồn rác thải nhựa làm màng TENG phát điện, triển khai mạng lưới điện ở đô thị, làm giảm áp lực lên các tuyến vận tải điện năng, giảm thiểu hao phí điện năng. Cách thức để xây dựng một mạng lưới điện như vậy là lắp đặt các thiết bị WD-TENG ở các đường đi ở giữa các tòa chung cư hoặc cao ốc.
Về hiệu điện thế tối đa đạt được, turbine gió sẽ có ưu thế hơn đôi chút do cánh quạt gió đứng có kích thước rất lớn và khai thác được nhiều năng lượng hơn khi có gió lớn.
Tuy nhiên trong điều kiện hoạt động thông thường với tần số thấp và điều kiện không gian chật hẹp, WD-TENG lại có ưu thế hơn hẳn do không chiếm nhiều diện tích, hiệu điện thế đạt được từ việc kết nối các WD-TENG trong điều kiện bình thường sẽ lớn hơn hiệu điện thế của cánh quạt turbine gió.
Không cần cánh đồng điện gió rộng lớn
Theo Trần Duy Khang, thành viên nhóm nghiên cứu, so sánh với phát điện gió bằng turbine hiện nay, sản phẩm có nhiều ưu điểm vượt trội. Điều kiện hoạt động của turbine điện gió là sức gió tối thiểu 10 m/s, điều kiện lý tưởng sức gió 45 m/s, chiều cao yêu cầu trung bình của một tháp turbine là 10m. Điều kiện hoạt động của WD-TENG là sức gió tối thiểu 2,9 m/s, điều kiện lý tưởng sức gió 6,9 m/s, chiều cao tối ưu vào của thiết bị so với mặt đất khoảng 2 - 3m.
Các ràng buộc về điều kiện hoạt động của thiết bị WD-TENG dễ đạt được hơn rất nhiều.
WD-TENG dễ triển khai hơn, đặc biệt do yêu cầu về độ cao thấp và cường độ dòng điện tương đối thấp nên mức độ an toàn sẽ cao hơn, điều kiện hoạt động lý tưởng cũng dễ đạt đến hơn do sức gió cần để hoạt động thấp hơn nhiều so với turbine quạt gió. Khi kết nối các thiết bị TENG lại với nhau, ta còn có thể đạt được giá trị hiệu điện thế lớn hơn kể cả là ở tần số thấp.
Theo PGS.TS Nguyễn Đình Quân - Trường ĐH Bách khoa, ĐH Quốc gia TPHCM, mặc dù đã có nhiều thiết kế nhằm thu năng lượng gió nhưng đây là lần đầu tiên nam châm cùng với công nghệ trục gió đứng được kết hợp với nhau trong cùng một thiết bị.
Sự kết hợp này giúp thiết bị tận dụng được khả năng thu gió từ nhiều hướng của cánh quạt trục gió đứng của thiết bị chuyển đổi, đồng thời phát huy những ưu điểm trong chế độ tiếp xúc – tách mang lại như nguồn áp cao và dễ dàng tích hợp nhiều lớp vật liệu khác nhau để cho hiệu suất hoạt động cao hơn.
Công nghệ WD-TENG cũng phù hợp nhằm vận hành các thiết bị cảnh báo cháy rừng hoặc ô nhiễm, do các thiết bị WD-TENG không yêu cầu khắt khe từ môi trường vận hành.
Với những tinh chỉnh phù hợp, công nghệ WD-TENG có thể cung cấp năng lượng cho các hệ thống cảnh báo hỏa hoạn ở các cánh rừng khô, hoặc censor thông báo mức độ ô nhiễm của nước, giúp hạn chế thiệt hại và theo dõi địa chất hiệu quả hơn mà không yêu cầu phải nối dây đến các khu vực dã chiến.
Trần Duy Khang chia sẻ, tính độc đáo trong thiết kế nằm ở sự kết hợp giữa công nghệ TENG và thiết bị chuyển đổi dao động cơ học. Thông thường, những thiết bị TENG thu năng lượng gió sẽ được thiết kế dựa trên chế độ trượt giữa các bề mặt. Tuy nhiên, việc kết hợp nam châm và cánh quạt trục gió đứng trong thiết kế của thiết bị giúp WD-TENG có thể chuyển đổi từ chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, tạo trạng thái tiếp xúc - tách cho màng TENG phát điện.
