Gió: Nguồn năng lượng sạch và vô tận pot

Gió: Nguồn năng lượng sạch
và vô tận
Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí
quyển Trái Đất. Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng
mặt trời. Sử dụng năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa
xưa nhất từ môi trường tự nhiên và đã được biết đến từ thời kỳ Cổ đại.
Năng lượnggió đã được sử dụng từ hằng trăm nămnay. Con người đã dùng
năng lượnggió để di chuyểnthuyền buồm haykhinh khí cầu, ngoài ra năng lượng
gió cònđược sử dụng để tạo công cơ học nhờ vào các cối xay gió.
Ðộng năng của gió có thể chuyển thành cơ năng như trong cối xaygió(wind
mill)hay điện năng bằng turbin-gió(wind turbine). Mỗicơ sở phát điện bằng sức
gió, đượcgọilà trại gió(windfarm)tập trunghàng trăm đến hàng ngàn đơn vị
turbines,Dòng điện sản xuất ra có côngsuấttổng hợp đủ mạnh để đưa vàolưới
(grid),nghĩa là hệ thốngmạng kết hợp giữa nhiều nhà máy điện,đườngdây tải
điện và đường dây phân phối đến tất cả các nơi sử dụng.
Thànhphần cănbảncủa mỗi turbin là rotor (quạthứng gió) làm quaytrục
chínhvà hộpsố (gear) chuyển thành vậntốc quaynhanhhơn cho máy phát điện.
Những turbine lớnngày naycóbộ điện tử tự động để điềuchỉnhhộp số theo vận
tốc quaythíchứngvà điều khiển rotor về hướng luồng gióhoặchãmlại khi gió quá
mạnh.Ðiều kiện tối ưu để turbinehoạtđộng làsức gió từ 11đến55 dặm/giờ
Có hai loại turbine-gió căn bản:trục ngangvà trục đứng. Turbine-gió trục
nằm ngangđặt ngay trên đầucột cao, rotor thôngthường là kiểu 3 cánh,hướng
ngược hoặc xuôi chiều gió. Turbine-giótrục đứng có thể đặt gần haytrênmặt đất,
với nhiều kiểu cánhquạt hứng gió khác nhau, trong số đó có kiểu Darrieus(têncủa
nhà phát minh người Pháp) hình dáng tươngtự như chiếc máyđánh trứnggà. Mỗi
loại và kiểu đều cónhữngưu và nhược điểm về phương diện kỹ thuật,chẳng hạn
trụcđứng khôngcần phải đổi hướng rotor mà lúc nàocũng hứngđượcgió, nhưng
do lựcxoắn (torque), nên khó đặt trên trụ cao, mà gần mặt đất thì sức gió yếu và
khôngđều. Vì vậy những turbin côngsuất lớnngàynay đều là loại trụcngangđặt
trên những trụ rất cao.
Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thànhngay saucác phát

minh rađiện và máy phátđiện. Lúc đầu nguyên tắc của cối xay gióchỉ được biến
đổi nhỏ và thay vì là chuyển đổi động năng củagió thành nănglượng cơ học thì
dùngmáy phát điện để sản xuất năng lượng điện. Khi bộ môncơ học dòng
chảytiếp tụcphát triển thì các thiết bị xây dựng và hình dáng của các cánhquạt
cũng được chế tạo đặc biệt hơn. Ngày nay ngườita gọiđó tuốc bin gió,khái niệm
cối xaygió khôngcòn phù hợpnữavì chúngkhôngcòncó thiết bị nghiền. Từ sau
những cuộc khủnghoảngdầu trong thập niên 1970 việcnghiên cứu sảnxuất năng
lượng từ cácnguồn khác được đẩy mạnhtrêntoàn thế giới, kể cả việc phát triển
các tuốc bin gióhiện đại.
Ưu điểm của điện gió - hay phong điện, gọi tên theo kiểu thủy điện phát bằng
sức nước và nhiệt điện dùng chất đốt - làđược sản xuất bằng năng lượng sạch
khônggâyô nhiễm hoặc tác độngđến môi trườngvà tái tạo bất tận. Giólà sự
chuyển động giữacác khốikhôngkhí cónhiệt độ và áp suất khác nhau dotác động
của ánh nắng mặt trời. Như thế gió là một dạng của nănglượng mặt trời nhưng có
thể sử dụng dễ dàng, thườngxuyên và rẻ tiền hơn. Các tấm thunăng lượng mặt
trời rấtđắttiền và chỉ hoạtđộng được vàobanngày.
Mỗiturbin-gió có công suất từ vài trăm wattđến vài triệuwatt (MW). Turbin
gió lớn nhất hiện nay là EneconE-126tại Ðức, công suất7 MW, đặt trên trụ cao
130 mét, đường kính của rotor 126 mét. Nhưng nhiều quốc gia khác có dự án làm
những turbine lớn hơn nữa, công suấttrên 10MW. Năm tới Na Uy sẽ hoànthành
mộtturbine 10 MW đường kính rotor 156mét, đặttrêntrụ cao100mét ngoài biển,
trị giá thiết kế $70 triệu
Việc thiết kế phong điệnđòi hỏi những ngân khoản đầu tư lớn, tuy nhiên sau
đó hầu như không phải tốn kém thêm gì ngoài việc điều hành và bảo trì. Trung
bình tuổi thọ của các turbinegió từ 20đến 25 năm. Giá của mỗi turbin gió phụ
thuộctừng cỡ và loại máy, trụ gắn, đường dây điện, máy biến thế, chi phí chuyên
chở, lắp đặt, ngoài ra còn có các vấn đề nghiêncứu địađiểm, hướng dẫn sử dụng,
bảo trì,và nhiều yếu tố khác nữa.Trungbìnhcác turbin-gió loại lớn dùng cho
thương mại phí tổn vào khoảng từ $1,2triệu đến $2.6triệu cho mỗi MW(1 triệu
watts hay1,000kW) công suấtthiết kế. Như vậy hầu hếtcác turbin-gió thương

mại hiện nay có công suất cỡ 2 MW trị giá khoảng $3.5triệu.
Những turbin-gióloại nhỏ tất nhiên rẻ hơn nhưng phí tổn tính theocông
suất lại đắt hơnnhiều nghĩa là hiệu quả kinhtế thấp. Mộtturbin-gió 10 kWchỉ đủ
để cung cấp điện cho mộtnhà, trị giá khoảng $35,000đến $50,000. Trênnguyên
tắc mọi người đềucó thể đặt turbinegióvà bán điện dư dùng chocác công ty điện
lực, tuy nhiên trong thực tế còn có nhiều phức tạpkỹ thuật của việc điềuhành
mạng lưới điện.
Do đó dòng điện sinhratừ các turbinecông suất nhỏ khoảng dưới vài trăm
kW chỉ được sử dụng ngoài mạng(off-grid) nghĩa là riêng rẽ tại chỗ cho một số ít
nơi tiêu thụ ở ngayđịa phương. Chođến năm 2005, TrungQuốc chế tạo hay nhập
cảng khoảng 200,000 turbineloại nhỏ này và đứng đầuthế giới về loại phongđiện
ngoài mạng.
Không phải ở đâu cũng có gió mạnh vàthường xuyên quanh năm.Vì vậy
muốn lập trại gió,các côngty đã phảinghiên cứu địa thế từngvùng để chọn khu
vực tốiưu. Nếu phải dùngđất tư nhân, như đồng ruộng, nông trại, tiền phảitrả mỗi
năm chomột trụ turbine gió khoảng từ $3,000 đến $4,000. Trên núi cao vàngoài
bờ biển là những nơi gió mạnh, thuận lợi đặt turbinehay lập trại gió,tuy nhiên phí
tổn thiết kế rất cao.
Bây giờ tạinhiều nơitrên cácsườnnúivà sa mac có những “phong trại” tập
trung hàng trăm cánh quạt hứnggió.Trongvòng10 nămnay, ngành điện gió phát
triển nhanh, năm 2010công suất thiết kế củacác máyphát điện gió trên thế giới
bằng200 GW(200tỷ watts). Năm 2004 công suất tổngcộngcủa phongđiện ở Hoa
Kỳ chỉ có 6 GW, năm 2010đã lêntới 35 GW,đứngđầu thế giới. So sánh cách khác,
40 GWlà gấp hailầncôngsuất của nhà máy thủy điệnTam Hiệp, đập thủyđiện lớn
nhất thế giới trên sôngDương Tử ở TrungQuốc, chi phí ước lượng 40 tỷ dollars và
xây dựng trong 15 năm.
Ðức và TrungQuốc đứng hạng nhì về phongđiện cho đến nay, công suất
thiết kế 25 GW.Trung Quốccó tiềm năng phong điện rất lớn, trên đất liền cũng
như ngoài biển,và đặcbiệt chú trọng đến việc phát triển nhằm giảm nhẹ nhu cầu
tiêu thụ nănglượng dầu khí haythan đá gây nhiều ô nhiễm

Tổngcông suấtthiết kế điện gió củaLiên Hiệp Âu Châu(EU)là 75 GW và
Ðan Mạch, nước tiên phong tronglãnh vựcnày, đến nay 20%điện sử dụng do từ
phongđiện. 50% turbinegió công suất lớn ở Trung Quốc doÐan Mạch chế tạo.
Năm 2007thế giới đã xâymới được khoảng 20073MW điện, trongđó Mỹ
với 5244MW,Tây Ban Nha3522MW, Trung Quốc 3449 MW,1730 MWở Ấn Độ và
1667 ở Đức,nâng côngsuất định mức của các nhàmáy sảnxuất điện từ gió lên
94.112 MW. Côngsuất này có thể thay đổi dựatrênsức gió qua các năm, các nước,
các vùng.
Số
thứ tự
Quốc gia
Công suất
(MW)
01 Đức 22.247
02 Mỹ 16.818
03
Tây Ban
Nha
15.145
04 Ấn Độ 8.000
05
Trung
Quốc
6.050
06 Đan Mạch 3.125
07 Ý 2.726
08 Pháp 2.454
09 Anh 2.389
10 Bồ Đào Nha 2.150
11 Ca na đa 1.846

12 Hà Lan 1.746
13 Nhật 1.538
14 Áo 982
15 Hy Lạp 871
16 Úc 824
17 Ai Len 805
18 Thụy Điển 788
19 Na Uy 333
20 Niu Di Lân 322
Những
nước khác
2.953
Thế giới 94.112
Cũng cónhiều ý kiến hoài nghi, một số người cho rằngsẽ có nhiều khó khăn
kỹ thuật trongsự điều hànhmạnglưới điện nếu điện gió chiếm mộttỷ lệ quan
trọng. Những ngườikhác lo ngại sự pháttriển nhiều trại gió cóảnh hưởng đến môi
trường, khung cảnh tự nhiên và nguyhại cho độngvật hoangdãđặc biệt là loài
chim. Theocơ quanbảo vệ thiên nhiênHoa Kỳ, mỗi năm cótừ 10,000đến 40,000
con chimchết vì đụng cáccánh quạt gió. Tuy nhiên theo nghiên cứu,số chim bị nạn
vì quạt gió còn thấp hơn số chim chết vì ảnh hưởngcủaviệc sử dụng những nguồn
năng lựckhông sạch khác.Cuối cùng thì mọi người đều phải nhìn nhận rằng với
nguồnnhiênliệu khaitháctừ các mỏ ngày mộtcạn dần và hậu quả tác hại của khí
carbonicgia tăng trong sự phát triển kỹ nghệ, giá trị của nguồn nănglượng sạchvà
phongphú như gió được khai thác sử dụng đúng mứclà hợplý và hết sức cần
thiết.