Lần đầu tiên mô phỏng máy tính về turbine gió không cánh quạt (BWT) xác định được thiết kế hiệu quả nhất cho các phiên bản tương lai.
Turbine gió không cánh quạt có nhiều lợi thế so với turbine gió thông thường. Ảnh: Energy Digital Magazine
Mô phỏng hàng nghìn thiết kế của nhóm nghiên cứu đứng đầu là tiến sĩ Wrik Mallik thuộc Trường Kỹ thuật James Watt của Đại học Glasgow hé lộ điểm tốt nhất, cho phép họ tối đa hóa sản xuất điện mà không giảm độ bền cấu trúc. Họ công bố trên tạp chí Renewable Energy.
BWT có nhiều ưu điểm như hoạt động êm hơn, chiếm ít diện tích hơn và ít cần bảo trì hơn do thiết kế đơn giản. Đặc biệt, BWT an toàn hơn đối với động vật như chim. Đối với động vật biết bay, cánh quạt quay nhanh của turbine tiêu chuẩn có thể trông như vệt mờ hoặc thậm chí vô hình do hiệu ứng “làm nhòe chuyển động”, làm tăng nguy cơ va chạm. Trong thời gian dài, turbine gió thông thường là lựa chọn chính để chuyển đổi gió thành điện thông qua chuyển động quay của cánh quạt, từ đó cung cấp năng lượng cho máy phát để sản xuất điện.
Ngược lại, BWT hoạt động theo nguyên lý hoàn toàn khác gọi là dao động do xoáy (VIV). Thay vì dùng cánh quạt quay, BWT thường có dạng cột trụ cao, mảnh, đung đưa như cột đèn trong gió. Chuyển động của gió tạo ra luồng xoáy, làm cho toàn bộ cấu trúc dao động. Khi chuyển động này hoàn toàn khớp với tần số dao động tự nhiên của cấu trúc, chuyển động được khuếch đại đáng kể. Chuyển động tăng cường này sau đó được chuyển đổi trực tiếp thành điện.
Trong nghiên cứu mới, các kỹ sư sử dụng mô phỏng máy tính để xác định cách xây dựng thế hệ BWT trong tương lai nhằm đạt hiệu quả tối đa. Mallik và cộng sự đã xác định điểm trung gian lý tưởng giữa các biến thể thiết kế để tối đa hóa khả năng của BWT trong sản xuất điện, đồng thời duy trì độ bền cấu trúc.
Nghiên cứu cung cấp cái nhìn mới về ảnh hưởng của kích thước cột trụ (như chiều cao và chiều rộng) đến cả lượng điện sản xuất và độ bền cấu trúc của BWT. Nhóm nghiên cứu chỉ ra thiết kế lý tưởng là cột trụ cao 80 cm có đường kính 65 cm. Sự cân bằng tối ưu giữa công suất và độ bền này có thể cung cấp công suất đáng kể là 460 watt, vượt trội hơn so với các nguyên mẫu thực tế hiện nay vốn chỉ đạt khoảng 100 watt. Phát hiện mới đặc biệt quan trọng nhằm đảm bảo độ an toàn cấu trúc trong gió mạnh từ 32 đến 112 km/h.
Theo nhóm nghiên cứu, phương pháp của họ cho phép mở rộng quy mô BWT để sản xuất 1.000 watt (1 kilowatt) hoặc hơn.
An Khang (Theo Interesting Engineering)