Thứ đắt tiền nhất nằm trên cánh quạt khổng lồ

Trung Quốc phá kỷ lục chính mình

Cách đây ít lâu, Trung Quốc đã tiến thêm một bước đột phá nữa nhằm củng cố địa vị hàng đầu trong lĩnh vực năng lượng tái tạo của mình trên thế giới, với việc công bố kỳ tích: chỉ cần 1 tuabin gió cũng có khả năng tự cung cấp điện cho hàng chục nghìn ngôi nhà.

Cụ thể, tập đoàn năng lượng thông minh Mingyang của Trung Quốc – công ty chuyên sản xuất thiết bị năng lượng tái tạo, đã trình làng nguyên mẫu tuabin gió ngoài khơi tự hào có công suất 22 Megawatt (MW) trong khuôn khổ Triển lãm China Wind Power cuối năm 2023 tại Bắc Kinh.

Nguyên mẫu có tên MySE 22MW có rotor (bộ phận chuyển động của tuabin, có cánh quạt gắn vào) dài hơn 310 mét là tuabin gió lớn nhất hiện nay trong kỹ thuật điện gió ngoài khơi, theo nhận định của Global Energy Prize.

Được thiết kế cho các vùng có gió mạnh với tốc độ gió trung bình từ 8,5 mét/giây đến 10 mét/giây, “gã khổng lồ” này cũng được cho là có khả năng chống bão, thông minh và phù hợp cho cả ứng dụng cố định và nổi.

MySE 22MW hứa hẹn sẽ làm thay đổi nền kinh tế năng lượng gió. Tuabin có diện tích quét khổng lồ cho phép sản xuất 80 GWh điện mỗi năm. Dự kiến, tuabin mới sẽ được đưa vào sản xuất thương mại trong khoảng thời gian từ năm nay đến năm 2025.

Chưa dừng ở đó, Tập đoàn Mingyang đã bắt đầu sản xuất phiên bản tương tự của MySE 22MW để vận hành trên bờ – tuabin gió MySE 11–233 có rotor (bộ phận chuyển động của tuabin, có cánh quạt gắn vào) từ 233 đến 243 mét, công suất đạt 11 Megawatt.

Nguyên mẫu MySE 11–233 sẽ được thiết kế để vận hành ở vùng Sa mạc Gobi khắc nghiệt ở phía Bắc Trung Quốc và có khả năng tạo ra đủ năng lượng để đáp ứng nhu cầu trong một tháng của 1.300 hộ gia đình.

Trước đó vào năm 2023, vượt qua Đan Mạch, Trung Quốc lập kỷ lục thế giới với tuabin gió lớn nhất. Các cánh tuabin dài 260 mét và khi chuyển động, chúng bao phủ một diện tích 53.000 mét vuông, tương đương với hơn 7 sân bóng đá tiêu chuẩn.

MySE 22MW của Mingyang đặt ra thách thức cho các nhà sản xuất tuabin gió trên toàn thế giới. Liên minh Châu Âu (EU) hiện đang cân nhắc các biện pháp tài chính để hỗ trợ các nhà sản xuất trong nước. Nhưng ngoài bối cảnh cạnh tranh, MySE 22MW có thể đại diện cho bước tiến đáng kể trong quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo toàn cầu.

Kỳ quan kỹ thuật trên tuabin gió lớn nhất thế giới

MySE 22MW được xem là một ‘kỳ quan công nghệ’ với các tính năng ấn tượng.

Khi các cánh quạt của tuabin gió lớn nhất thế giới MySE 22MW xoay, chúng sẽ bao phủ một vùng diện tích rộng hơn 75.000 mét vuông, tương đương với 10 sân bóng đá tiêu chuẩn. Chiều cao của tuabin dự kiến là 325 mét – bằng toà nhà 90 tầng.

Công năng tuyệt vời của tuabin gió nói chung chính là việc dựa vào tốc độ quay của cánh quạt để chuyển đổi động năng của gió thành cơ năng, sau đó tiếp tục chuyển hóa thành điện năng.

Và để có thể tạo ra 22 Megawatt điện đòi hỏi phải có những thiết kế kỹ thuật mang tính đột phá trên MySE 22MW.

Thứ nhất là chiều dài của cánh quạt. Đường kính rotor của tuabin đạt 310 mét. Theo nhận định của Global Energy Prize, chiều dài của cánh quạt MySE 22MW là một trong những yếu tố quyết định công suất cụ thể của máy phát điện gió. Vì cánh quạt càng lớn thì sẽ thu được nhiều gió hơn, từ đó tạo năng lượng nhiều hơn.

Thiết kế cải tiến này sẽ đóng vai trò là mô hình cho nhiều tuabin gió trên toàn thế giới.

Thứ hai là phần móng của tuabin gió. Thực tế mà nói, trong điều kiện ngoài khơi, việc sử dụng máy phát điện có cánh quạt cồng kềnh có thể khó khăn do cấu trúc cối xay gió cổ điển không ổn định ở độ sâu lớn.

Giải pháp đến từ việc sử dụng tuabin gió có móng hình chóp, có thể giữ phần móng chắc chắn, giúp cho các cánh quạt khổng lồ chuyển động ở vùng thường xuyên có gió bão to.

Thứ ba là cấu tạo của cánh quạt – phần đắt tiền nhất. Theo Mingyang Smart Energy, cánh quạt sẽ được thiết kế bằng sợi carbon và có lớp chống ăn mòn đặc biệt nhằm đạt được sự cân bằng tối ưu về độ bền, trọng lượng và khả năng chống ăn mòn.

Với các đặc tính độ cứng cao, độ bền lớn, trọng lượng thấp, kháng hóa chất cao, chịu được nhiệt độ cao và giãn nở vì nhiệt thấp, sợi carbon sẽ giúp cho các cánh quạt của tuabin gió bền vững trong môi trường khắc nghiệt của đại dương.

Thực tế, trước khi đi vào hoạt động, các tuabin gió trên thế giới phải trải qua bài test độ bền bỉ trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt mô phỏng mà chúng có thể sẽ phải đối mặt trong hàng chục năm trên biển.

Thứ tư, về cấu trúc của cánh quạt (cánh tuabin). Cánh quạt được coi là bộ phận khí động học quan trọng nhất của tuabin khí và có tác động lớn đến hiệu suất của tuabin. Thoáng nhìn, cánh quạt của tuabin chỉ là một cánh có hình dáng thuôn dài.

Tuy nhiên, về cơ bản, cánh quạt tuabin bao gồm 3 phần chính: Gốc cánh quạt (blade root), thân cánh quạt và mũi cánh quạt (blade tip). Các bộ phận đảm nhận nhiệm vụ tối ưu hóa áp suất và lưu lượng không khí đi vào tuabin; làm cho rotor quay, từ đó chuyển động năng của gió thành cơ năng rồi thành điện năng sau đó.

Mingyang Smart Energy Group hiện có các tuabin gió với tổng công suất lên tới 40GW, được lắp đặt tại hơn 700 trang trại gió trên toàn thế giới. Mingyang tuyên bố rằng các giải pháp năng lượng tái tạo của mình đã giảm lượng khí thải CO2 tương đương 100 triệu tấn mỗi năm.

Ứng dụng thương mại của MySE 22MW và MySE 11–233 sẽ tạo thêm động lực cho sự phát triển kỹ thuật điện gió tại Trung Quốc – quốc gia dẫn đầu toàn cầu về tốc độ phát triển năng lượng carbon thấp.

Theo Hiệp hội Năng lượng Tái tạo Quốc tế (IRENA), vào năm 2022, Trung Quốc chiếm 46% tổng công suất máy phát điện gió và quang điện toàn cầu.

Tuy nhiên, sự cạnh tranh có thể đang ở phía trước. Siemens Energy hiện đang phát triển một tuabin gió lớn với mục tiêu vượt qua sản lượng điện của dự án mới nhất của Trung Quốc. Nỗ lực này đã nhận được khoản đầu tư 30 triệu đô la từ Liên minh châu Âu vào năm ngoái, với mục tiêu của công ty năng lượng Đức là tạo ra nguyên mẫu tua-bin gió mạnh nhất thế giới.

Tham khảo: Mingyang Smart Energy Group, Globalenergyprize, Windfarmmanagement