Nghiên cứu mới về tuabin phát điện trên không

Hiện tại các hệ thống điện gió chủ yếu hoạt động nhờ vào các tuabin gió được lắp đặt trên các tháp dưới mặt đất. Nhược điểm của các hệ thống này là cần nhiều không gian và đòi hòi phải được xây dựng trên các khu đất cao để đón gió. Tuy nhiên thực tế cho thấy gió thổi ở các khu vực gần mặt đất thường gây ra các nhiễu động nhất định, ảnh hưởng không nhỏ đến hiệu suất hoạt động của các loại tuabin gió.

Hệ thống tuabin trên không do NASA phát triển gồm một cánh diều bay theo hình số 8 và một máy phát điện đặt dưới mặt đất.

Mới đây các kỹ sư của Cục quản trị Hàng không và Không gian quốc gia Hoa Kỳ - NASA, đã nghiên cứu và thử nghiệm một số giải pháp mới nhằm cải tiến các hệ thống điện gió hoạt động trên không, giải quyết các tồn tại của các hệ thống điện gió hiện nay.

Về cơ bản, có 2 loại tuabin điện gió hoạt động trên không: một loại có tuabin được gắn luôn vào một khí cụ bay gọi nôm na là cánh diều, điện năng do tuabin phát ra được dẫn xuống đất thông qua một dây dẫn có vai trò như dây diều. Loại thứ hai có tuabin được cố định dưới mặt đất, khi cánh diều bay lên cao sẽ làm quay ròng rọc gắn vào trục của tuabin và phát ra điện, khi diều bay lên cao sẽ làm quay ròng rọc mạnh hơn, sản sinh ra đến 90% lượng điện của toàn bộ hệ thống.

Cả 2 loại tuabin điện gió hoạt động trên không đều hoạt động dựa trên 2 yếu tố quan trọng là thiết kế khí động học của cánh diều và khả năng tự giám sát chu trình bay của toàn bộ hệ thống. Và đây cũng chính là 2 nội dung mà các kỹ sư của NASA đang tập trung nghiên cứu cải tiến nhằm nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Kỹ sư David North tại NASA cho biết, hầu hết các khí cụ bay hiện nay có thiết kế khí động học chưa thực sự hoàn thiện. Việc thiết kế khí động học nói chung khá tốn kém và đòi hỏi cơ sở hạ tầng kỹ thuật rất cao nên các hãng sản xuất cũng không muốn đầu tư nhiều vào lĩnh vực này do áp lực phải sớm đưa sản phẩm ra thị trường. Trong khi đó tại NASA, cơ sở kỹ thuật về hàng không và không gian rất phát triển nên các kỹ sư của NASA đang có những tiến bộ lớn về việc hoàn thiện mô hình khí động học cho các loại diều tuabin.

Về vấn đề khả năng tự giám sát chu trình bay của toàn bộ hệ thống tuabin gió, kỹ sư David North cho biết, một số công ty sản xuất tuabi gió trên không quá chú trọng đến việc trang bị các bộ phận điện tử phức tạp phục vụ cho việc giám sát bay của thiết bị - tương tự như hệ thống bay tự động trên các máy bay thương mại. Thông qua đó, các kỹ sư NASA tập trung cải tiến bộ phận này cho đơn giản hơn do hầu hết các loại tuabin gió trên không hoạt động ở độ cao thấp và chỉ bay lòng vòng trong một phạm vi nhất định. Cải tiến mang tính đột phá của các kỹ sư NASA là gắn một webcam thu hình ảnh hoạt động của cánh diều vào một máy tính trên mặt đất nhằm giám sát đường bay của cánh diều và qua đó điều chỉnh cho nó bay một cách tự động.

Hệ thống giám sát bay tự động của tuabin gió do các kỹ sư NASA phát triển được tích hợp một phần mềm cho phép xác định thời điểm cố định cánh diều hoặc cho nó bay, và bay với tốc độ bao nhiêu là phù hợp. Dữ liệu được cung cấp cho hệ thống sẽ giữ cho cánh diều bay với hình số 8, mẫu diều của các kỹ sư NASA có sải cánh khoảng 3 mét, nhỏ hơn rất nhiều so với kích thước khi sản xuất thực tế, dự kiến khi mẫu diều này được thương mại hóa thì sải cánh của nó sẽ tương đương sải cánh của phi cơ Boeing 747.

Hiện tại mẫu diều thử nghiệm của NASA chỉ được hạn chế ở độ cao thấp nhằm tránh va chạm với các loại máy bay, tuy nhiên NASA đang cố gắng xin giấy phép để đưa hệ thống tuabin gió của họ lên độ cao cao hơn, vào khoảng 700 mét tại một vùng bay hạn chế tại khu vực Wallop Island, tiểu bang Virginia. Độ cao từ 700 mét trở lên được xác định là độ cao phù hợp nhất cho hoạt động của các hệ thống tuabin gió trên không.