Mô hình lắp đặt trên đảo Okinawa
Cường quốc của năng lượng gió
Trước khi xảy ra thảm họa hạt nhân tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi vào tháng 3-2011, các nhà quản lý năng lượng Nhật Bản dự kiến đến năm 2100 quốc gia này sẽ sử dụng tới 60% năng lượng điện hạt nhân. Tuy nhiên, thảm họa kép sóng thần và động đất đã chấm dứt kế hoạch phát triển điện hạt nhân của Nhật Bản, và nước này phải lên kế hoạch nhập khẩu tới 84% nhu cầu năng lượng trong nước.
Theo Atsushi Shimizu, người sáng lập công ty năng lượng xanh Challenergy, khi chuyển sang điện gió, các turbin mà Nhật Bản nhập từ các quốc gia châu Âu không thích hợp với khí hậu của quốc gia này. Đặc biệt, số động cơ này có nhiều nguy cơ bị hư hỏng nặng sau những cơn bão nhiệt đới.
Tuy được mệnh danh là đất nước “Mặt trời mọc”, nhưng trên thực tế, Nhật Bản có nhiều năng lượng gió hơn năng lượng Mặt trời, do đó vấn đề là làm thế nào để có những chiếc turbin “không sợ bão”. “Nếu thành công, Nhật Bản sẽ trở thành siêu cường quốc về năng lượng gió. Tôi biết cơ hội của mình là quá mong manh, nhưng đó chính là công nghệ mà chúng tôi cần”, Shimizu khẳng định.
Trách nhiệm thay đổi tương lai
Sau 1 năm mô phỏng sáng chế, tháng 7-2016 vừa qua, nguyên mẫu turbin gió của Atsushi Shimizu đã được lắp đặt ở tỉnh Okinawa (Nhật Bản) và chuẩn bị đưa vào thử nghiệm. Tuy chưa được kiểm chứng thực tế qua một cơn bão nhiệt đới nào nhưng Shimizu khẳng định turbin gió của anh sẽ không bị phá hủy hay hư hỏng sau bão bởi nó đã được hỗ trợ kỹ thuật trang bị trục đẳng hướng và tốc độ xoay của cánh quạt.
Shimizu chia sẻ, bí mật trong phát minh của anh chính là dựa vào hiệu ứng Magnus, khi các luồng khí di chuyển xung quanh bất cứ vật gì đều có xu hướng xoay vòng, đồng thời tạo ra một áp lực tác động lên vật thể đó trong cùng một lúc. Trong trường hợp áp dụng vào động cơ của Shimizu, hiệu ứng Magnus cho phép cánh quạt xung quanh turbin tạo ra chuyển động và trục chính có thể được siết lại nhằm giảm tốc độ hoặc ngừng hẳn chuyển động của cánh quạt này nhưng tùy thuộc vào ngoại lực tác động từ cơn bão.
Thiết kế động cơ của Shimizu cũng rất đặc biệt, nó không có cánh như bình thường mà đơn giản chỉ là các trụ cột tròn. Khi các trụ tròn quay trong gió bão, luồng khí thổi qua trụ tròn có tác động quay ngược chiều lên 2 mặt trụ do chiều xoay của trụ. Tổng hợp của 2 lực này kéo trụ tròn về một phía, do đó tổ hợp động cơ gió quay theo. Dựa theo đặc tính này thì tốc độ xoay của động cơ gió được điều chỉnh bằng tốc độ quay của từng trụ. Còn đối với các động cơ gió bình thường thì tốc độ xoay phụ thuộc vào tốc độ gió. Chính điều này khiến động cơ gió thông thường bị ảnh hưởng nhiều bởi môi trường.
Khi thử nghiệm theo mô phỏng nguyên mẫu, các turbin của Shimizu chỉ đạt 30% hiệu suất, thấp hơn so với mức 40% hiệu suất của các turbin thông thường, tuy nhiên phải ghi nhớ một điều là các turbin này không thể hoạt động khi có bão. Tiềm năng từ việc khai thác năng lượng từ bão của Shimizu là rất lớn, ước tính một một cơn bão đi qua mức động năng mà chúng tạo ra có thể tương đương với gần 1/2 công suất phát điện trên toàn thế giới.
Tính tới thời điểm hiện tại, trên thế giới chưa có bất kỳ một loại pin nào có khả năng lưu trữ được toàn bộ lượng năng lượng khổng lồ này từ một cơn bão. Hy vọng, Shimizu cùng các đồng nghiệp của mình sẽ có thể “gom” sức gió từ những cơn bão nhiệt đới để chuyển đổi thành năng lượng sạch trước mắt phục vụ cho người dân Nhật Bản, tiếp theo đó nhân rộng mô hình công nghệ này tới các quốc gia thường xuyên phải hứng chịu thiên tai từ các cơn bão.
