Mã số N2015: Giải pháp khai thác năng lượng tái tạo
Dù lợi thế như gió nhiều, dòng thủy triều và dòng hải lưu gần như quanh năm, diện tích mặt biển có sóng thuộc vào hàng top thế giới…, nhưng làm sao để Việt Nam khai thác hiệu quả các nguồn năng lượng tái tạo mà tự nhiên đã ban tặng là niềm trăn trở của anh Dương Chí Nhân (Quận 6, TP.HCM).
Nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời, điện gió, điện thủy triều và sóng biển từ lâu đã được nhiều nước trên thế giới áp dụng và phát triển. Hàng ngàn sáng chế khác nhau được lưu giữ trong cơ sở dữ liệu của các tổ chức sở hữu trí tuệ là nguồn tri thức quý giá để chúng ta tham khảo và nghiên cứu.
Tuy nhiên, các nguồn năng lượng tái tạo mang lại hiệu năng rất thấp và rủi ro cao khi được triển khai ở Việt Nam khiến các nhà đầu tư chùng chân. Anh Dương Chí Nhân đã trăn trở tìm ra giải pháp khai thác năng lượng tái tạo mà theo anh là “hiệu quả hơn khi so sánh với những giải pháp hiện có, hay các sáng chế đã công bố ở cùng lĩnh vực”.
Tự tin với các giải pháp của mình, anh Nhân đã đăng ký sáng chế tại Cục Sở hữu Trí tuệ. Nội dung đăng ký của anh đã được tóm tắt trên “Công báo Sở hữu Công nghiệp” số 360 quyển A- Tập 1 (11/2019).
.
Giới hạn kỹ thuật của các giải pháp khai thác năng lượng tái tạo
Trong các nguồn năng lượng tái tạo, điện mặt trời đang được đầu tư nhiều nhất, mặc cho các cảnh báo về hiệu quả kinh tế, nhất là do khả năng điều phối và hạ tầng truyền tải điện không theo kịp.
Bên cạnh đó, nguồn năng lượng này còn mang lại những rủi ro về ô nhiễm môi trường, khi các tấm pin mặt trời trở thành rác thải công nghệ do hư hỏng hoặc khai thác hết vòng đời.
Trong khi đó, điện gió tuy được đánh giá cao hơn, nhưng đã lắng xuống sau những hồ hởi ban đầu khoảng 10 năm trước. Rất nhiều dự án không được triển khai và bị thu hồi giấy phép. Nhiều nhà đầu tư nước ngoài có kinh nghiệm về điện gió sau vài năm thăm dò và khảo sát thực địa đã rút lui …
Điện thủy triều và sóng biển chưa nhận được quan tâm, ngoại trừ một dự án năng lượng sóng biển ở huyện đảo Lý Sơn.
Theo anh Nhân, nguyên nhân cốt lõi khiến các dự án này rất khó triển khai ở Việt Nam là sự thất thường của các nguồn điện từ năng lượng tái tạo, chưa giải quyết được bài toán kinh tế giữa bên đầu tư sản xuất nguồn điện tái tạo và bên vận hành phân phối điện lưới vốn từ lâu đã hoạt động ổn định với các nguồn điện từ năng lượng hóa thạch hay thủy điện có giá thành rẻ và dễ điều phối hơn.
Ngoài ra, anh Nhân còn chỉ ra những “giới hạn” khác làm hạn chế khả năng triển khai dự án năng lượng tái tạo ở Việt Nam, như tốc độ gió, thủy triều, dòng hải lưu ở nước ta chỉ ở mức trung bình hoặc yếu trong phần lớn thời gian của năm, chiều cao sóng biển thấp…, trong khi đây là những chỉ số ảnh hưởng đến sự thành bại của các dự án khai thác năng lượng tái tạo trên thế giới; giới hạn kỹ thuật của tuabin trục ngang; giải pháp khai thác năng lượng sóng biển chỉ mới mang tính thử nghiệm; cơ chế chống quá tải và bài test khó vượt qua của các giải pháp kỹ thuật.
Các giải pháp khai thác năng lượng tái tạo
Sau nhiều năm nỗ lực nghiên cứu, anh Dương Chí Nhân đã đưa ra 4 giải pháp sau:
1/ “Tuabin trục đứng đôi” để khai thác hiệu quả năng lượng gió hoặc dòng thủy triều.
Anh Nhân cho biết khi truy cập vào cơ sở dữ liệu tra cứu sáng chế, anh mới biết rằng giải pháp về ‘tuabin sử dụng hai rôto trục đứng’ đã có từ lâu. Trong vài năm gần đây, có thêm hàng chục bằng sáng chế tương tự đã được cấp. Phần lớn các tác giả thuộc những quốc gia dẫn đầu về công nghệ tuabin gió trục ngang như Đức, Mỹ...
2/ “Cụm phao nổi phao chìm để khai thác năng lượng sóng biển”
Giải pháp sử dụng phao nổi dạng thanh dài đặt nằm chắn ngang chiều lan truyền của sóng theo chiều dọc của phao, được kiểm soát chặt chẽ bởi phao chìm và các cáp nối.
Nhờ đó, phao nổi có tiết diện tương tác với sóng rất lớn. Hình dạng khác biệt của phao nổi giúp hiệu năng chuyển đổi năng lượng sóng thành năng lượng có ích rất cao.
3/ “Tuabin trục đứng đa tầng” để khai thác năng lượng dòng chảy đổi chiều theo thủy triều, dòng hải lưu, hoặc đập thủy triều…
4/ “Bộ lưu trữ năng lượng bằng bánh đà”
Mục tiêu của giải pháp này là tạo ra một bộ lưu trữ năng lượng bằng bánh đà hoạt động song hành với máy phát điện của thiết bị khai thác năng lượng tái tạo. Như một phụ tải, hấp thu phần lớn năng lượng khi mức năng lượng của nguồn tác động tăng mạnh, và truyền lại máy phát điện khi mức năng lượng của nguồn tác động giảm xuống, giúp các thiết bị khai thác năng lượng vẫn hoạt động ổn định với nguồn tác động mạnh hơn.
Bộ lưu trữ có thể được tích hợp thêm công nghệ xử lý để tích trữ năng lượng tạm thời, và phát lại khi cần thiết, giúp điều tiết năng lượng, làm giảm bớt tính thất thường của các nguồn năng lượng tái tạo.
Theo anh Nhân, những giải pháp trên có những ưu điểm vượt trội như:
- Các bộ phận hấp thu năng lượng có ‘diện tích tương tác sinh công có ích’ với nguồn tác động rất lớn, hiệu năng chuyển đổi năng lượng hấp thu được thành năng lượng có ích rất cao. Vì vậy, hiệu quả hơn với nguồn tác động ở mức trung bình hoặc yếu so với các giải pháp hiện có, phù hợp với môi trường tự nhiên ở nước ta.
- Cơ chế chống quá tải rất đơn giản nhưng hiệu quả, giúp thiết bị hoạt động ổn định với mọi mức độ khác nhau của nguồn tác động. Do đó có thể được áp dụng với bất kỳ môi trường khí hậu nào.
- Cơ chế bảo vệ hữu hiệu, giúp các thiết bị tồn tại trong giông bão.
- Các giải pháp luôn hướng tới việc xây dựng thành các thiết bị có kích thước và công suất lớn, đáp ứng yêu cầu khai thác năng lượng qui mô lớn.
- Nếu đi sâu vào từng giải pháp thì sẽ thấy thêm nhiều ưu điểm. Chẳng hạn như “tuabin trục đứng đôi” gồm hai rôto trục đứng có cấu trúc vật lý bền vững hơn, nên không nhất thiết phải sử dụng “siêu vật liệu” để chế tạo cánh giống như cánh tuabin gió trục ngang, giúp giá thành rẻ hơn. Ngoài ra, Tuabin tự động cân bằng hướng về nguồn tác động nên quy trình vận hành đơn giản hơn, không chiếm khoảng không quá lớn, không gây ra tiếng ồn nên giảm thiểu tác động đến môi sinh xuống mức thấp nhất.
“Những ai quan tâm về lĩnh vực này, nếu dành chút thời gian để tìm hiểu, sẽ không quá khó để “cảm nhận” được các ưu điểm vượt trội và tính khả thi của những giải pháp nêu trên.”, anh Nhân chia sẻ.
Anh Nhân bày tỏ mong muốn nhận được sự hỗ trợ, hợp tác của các chuyên gia trong lĩnh vực, tổ chức có tiềm lực tài chính, tổ chức khoa học để “khai phá các tiềm năng gần như vô tận thành nguồn năng lượng thiết thực” phục vụ cho đất nước.