Tối ưu cánh tuabin gió phát điện

Ảnh minh họa: INT

Nghiên cứu mới của các nhà khoa học Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Vùng gió nhỏ vẫn có thể phát điện

Điểm nhấn của nghiên cứu là khả năng cải thiện hiệu suất khí động học so với các thiết kế cánh truyền thống, nhờ ứng dụng phương pháp thiết kế hiện đại bằng phần mềm mô phỏng động lực học chất lưu (CFD) tiên tiến. Kết quả nghiên cứu không chỉ đáp ứng các yêu cầu về hiệu quả vận hành, mà còn mở ra cơ hội ứng dụng thực tế, góp phần quan trọng vào việc tăng khả năng khai thác nguồn năng lượng gió tại Việt Nam.

Trong các dự án điện gió, việc thiết kế tối ưu mẫu cánh tuabin gió góp phần quan trọng vào việc tối ưu hóa hiệu suất khí động học của cả cánh tuabin gió nhằm tăng khả năng khai thác năng lượng động năng của gió và hiệu quả kinh tế. Tuy nhiên, hầu hết các thiết kế cánh tuabin gió công suất lớn hiện nay lại chỉ tập trung vào các khu vực có tốc độ gió cao và đang bỏ trống khu vực có tốc độ gió thấp.

Ở Việt Nam, các vùng đồng bằng, ven biển và một số khu vực có tốc độ gió khá tốt đã được đầu tư xây dựng các dự án điện gió công suất lớn để hòa vào lưới điện quốc gia. Tuy nhiên, việc khai thác nguồn năng lượng gió vẫn chưa tương xứng với tiềm năng sẵn có, đặc biệt là tại các khu vực có tốc độ gió trung bình và thấp.

Hiện nay, cả tuabin gió công suất lớn lẫn nhỏ đều phải nhập khẩu hoàn toàn từ nước ngoài, dẫn đến nhiều vấn đề kỹ thuật phát sinh trong quá trình vận hành. Bên cạnh đó, việc thiết kế và phát triển các mẫu cánh tuabin gió phù hợp với điều kiện khí hậu, địa hình của từng vùng vẫn chưa được nghiên cứu cụ thể, đặc biệt là tại những khu vực có tốc độ gió thấp.

Nhóm nghiên cứu của TS Lê Quang Sáng đã thực hiện nghiên cứu thiết kế, mô phỏng và chế tạo mẫu cánh tuabin gió phù hợp với tốc độ gió thấp ở Việt Nam. Mục tiêu của nghiên cứu là thiết kế và mô phỏng mẫu cánh tuabin gió hoạt động hiệu quả trong điều kiện tốc độ gió thấp, đặc thù của Việt Nam, nhằm nâng cao hiệu suất vận hành và giảm chi phí sản xuất, thúc đẩy tự chủ công nghệ trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.

Nhóm đã phát triển thành công các mẫu cánh tuabin gió mới dựa trên một số mẫu cánh gốc được tham khảo trên trang website (http://airfoiltools.com). Các mẫu cánh mới được tối ưu về hình dạng để tăng hiệu suất hóa khí động học thông qua điều chỉnh các thông số như độ dày lớn nhất, vị trí độ dày lớn nhất, độ cong lớn nhất và vi trí độ cong lớn nhất.

Thiết kế cánh có hiệu suất khí động học cao

Kết quả mô phỏng bằng phần mềm Ansys Fluent cho thấy các mẫu cánh mới có hiệu suất khí động học cao hơn so với mẫu cánh gốc. Nhóm nghiên cứu cũng hoàn thiện quy trình mô phỏng và chế tạo các mẫu cánh thực tế và đã được kiểm chứng trong hầm gió của Viện Cơ khí Động lực thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội.

Những mẫu cánh này không chỉ nâng cao hiệu suất khí động học, mà còn mở ra cơ hội phát triển hoàn thiện các cánh tuabin gió công suất nhỏ, đáp ứng nhu cầu phát triển năng lượng bền vững cho các khu vực nông thôn, vùng sâu, vùng xa và các khu vực có tốc độ gió thấp khác.

Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã phát triển và chế tạo thành công 5 mẫu cánh tuabin gió, có kích thước từ 25 x 15 (10) x (3 - 5) cm. Các mẫu cánh được làm từ vật liệu composite, đảm bảo độ bền và hiệu quả trong điều kiện tốc độ gió thấp và hiện đang được lưu giữ tại Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường. Bên cạnh đó, nghiên cứu còn hoàn thiện 5 bộ bản vẽ thiết kế chi tiết cho các mẫu cánh mới, phục vụ công tác nghiên cứu và triển khai ứng dụng trong tương lai.

Theo TS Lê Quang Sáng, nghiên cứu là bước khởi đầu quan trọng để tiếp tục hoàn thiện và phát triển các cánh tuabin gió phù hợp với điều kiện tốc độ gió thấp tại Việt Nam, hướng đến việc khai thác hiệu quả hơn nguồn năng lượng gió.

Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tập trung cải thiện quy trình thiết kế và chế tạo cánh hoàn chỉnh, đặc biệt là việc làm nhẵn bề mặt mẫu cánh và lựa chọn vật liệu phù hợp hơn nhằm giảm hệ số cản của mẫu cánh. Ngoài ra, việc ứng dụng các công cụ hiện đại như trí tuệ nhân tạo (AI) vào thiết kế sẽ được xem xét nhằm nâng cao hiệu suất khí động học.

Một trong những mục tiêu tiếp theo là phát triển mẫu cánh hoàn chỉnh cho tuabin công suất thấp, phù hợp với điều kiện tốc độ gió thấp. Các nhà khoa học đang nỗ lực nghiên cứu với hy vọng sẽ sớm hoàn thiện cánh tuabin gió để khai thác hiệu quả năng lượng gió và tạo thêm những lựa chọn thực tiễn hơn cho những khu vực có nhu cầu sử dụng năng lượng gió trong tương lai gần.

Nhật Phong