Buzz
Mỗi ngày, lực gió trên hành tinh chúng ta tạo ra năng lượng đủ để tạo ra điện nhiều hơn 35 lần lượng chúng ta sử dụng. Khác với than đá hay dầu mỏ dần cạn kiệt, nguồn tài nguyên gió vô tận và tái tạo hàng ngày. Liệu chúng ta có thể biến ước mơ về một thế giới chạy bằng gió thành hiện thực không? 
Nguyên tắc để chuyển đổi năng lượng gió rất đơn giản. Các cánh quạt quay xung quanh trục, bắt gió và chuyển động năng lượng thành sức quay. Cả thế giới biết đến cối xay gió truyền thống sử dụng sức quay để xay lúa mì hoặc bơm nước. Nhưng trong tuabin gió hiện đại, sức quay được sử dụng để vận hành máy phát điện và tạo ra điện. Quá trình chuyển đổi từ gió sang năng lượng quay và sau đó là điện đã được phát minh từ cuối thế kỷ 19.
Ba yếu tố quyết định sức mạnh của tuabin gió:
- Kích thước và hướng của cánh quạt.
- Thiết kế khí động học của cánh quạt.
- Lượng gió đưa vào làm quay cánh quạt.
Kích thước và hướng của cánh quạt
Đầu tiên, xác định hướng của cánh quạt. Tuabin gió có thể được thiết kế với cánh quạt theo hình dạng thẳng đứng hoặc nằm ngang. Với cánh quạt thẳng đứng, có khả năng thuận lợi đón gió từ mọi hướng, nhưng hiệu suất thấp hơn đáng kể so với cánh quạt nằm ngang.
Thiết kế nằm ngang cho phép cánh quạt thu được toàn bộ lực của gió. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi theo dõi hướng gió và tự động điều chỉnh cánh quạt để luôn hướng về gió. Trong quá khứ, cối xay gió thậm chí còn có thiết kế trục xoay để di chuyển theo hướng gió bằng sức người. Ngày nay, với cảm biến gió và hệ thống máy tính tự động, tuabin gió điều chỉnh cánh quạt với độ chính xác cao để tối ưu hóa hiệu suất năng lượng.
Thiết kế động học của cánh quạt
Trái ngược với các thiết kế ban đầu sử dụng cánh phẳng, cánh quạt tuabin gió hiện đại được uốn cong như cánh máy bay. Gió di chuyển nhanh hơn trên bề mặt cong, tạo ra một túi áp suất thấp phía trên cánh quạt và đẩy nó hướng lên trên. Do lực nâng phụ thuộc vào góc gió so với cánh quạt, cánh quạt hiện đại có thể điều chỉnh để tối ưu hóa khả năng cắt vào gió. Làm từ các lớp sợi thủy tinh và nhựa, những cánh quạt này đủ mạnh mẽ để hoạt động dưới mọi điều kiện thời tiết trong hơn 20 năm.
Động lực gió làm quay cánh quạt
Ngay cả khi áp dụng khí động học và đặt đúng hướng đón gió, tuabin gió chỉ có thể tạo ra năng lượng trong môi trường có nhiều gió. Do đó, hầu hết các tuabin ngày nay đều cao hơn 100 mét. Một tuabin với chiều cao và kích thước như vậy có thể thu được lượng gió lớn, đủ để cung cấp điện cho 750 ngôi nhà mỗi năm. Một trang trại điện gió với 200 tuabin có kích thước tương tự có thể cung cấp năng lượng cho 150.000 ngôi nhà.
Mặc dù có tiềm năng đáng kinh ngạc, năng lượng gió là nguồn lực quan trọng đối mặt với nhiều thách thức. Dù là một nguồn năng lượng miễn phí và vô tận, gió vẫn gặp khó khăn trong quá trình chuyển đổi động năng thành điện năng. Theo nhà vật lý người Đức Albert Betz, hiệu suất tối đa mà một tuabin có thể đạt được là chỉ 59,3% của năng lượng gió. Ngoài ra, có ý kiến cho rằng việc sử dụng tuabin làm ảnh hưởng đến cảnh quan tự nhiên và sự không ổn định trong việc sản xuất điện từ năng lượng gió có thể tạo ra thách thức tích hợp vào lưới điện.
Tuy nhiên, với những thách thức này, các tuabin gió hiện đại đã biến gió thành nguồn tài nguyên hiệu quả và giá trị nhất. Việc tuabin gió đóng góp đáng kể vào việc cung cấp năng lượng cho nhiều gia đình trên toàn cầu không thể phủ nhận. Đối với nhiều nông dân, việc sở hữu một tuabin gió không chỉ giúp đảm bảo nguồn điện ổn định mà còn mang lại nguồn thu nhập đáng kể. Với sự tiến bộ liên tục trong dự báo gió, cơ sở hạ tầng lưới điện và lưu trữ năng lượng, năng lượng gió trở thành giải pháp thực tế nhất để giải quyết các vấn đề về năng lượng hiện nay.
Nguồn: TED-Ed
