- Năng lượng gió bền vững, tiềm tàng vô tận, nhưng chưa được khai thác trong chiến lược phát triển năng lượng ở VN. Dưới đây là bài viết của ông Phạm Phú Uynh, một người "đam mê" và tham gia nghiên cứu năng lượng gió hơn 40 năm, trình bày vai trò của năng lượng gió ở nước ta cùng một số đề xuất của bản thân ông.

Tác giả bài viết bên mô hình kích thước thật.

Các nguồn năng lượng sử dụng để sản xuất điện tại nước ta

Theo số liệu của ngành điện năm 2006, nước ta sản xuất được 60,6 tỷ KWh với tổng công suất lắp đặt 12.352MW. Dự báo năm 2010 sẽ sản xuất 112,658 tỷ KWh với tổng công suất 19.550 MW, 2015 sẽ sản xuất 190,700 tỷ KWh với tổng công suất 32.196 MW, 2020 sẽ sản xuất 294,012 tỷ KWh với tổng công suất 48.642 MW có tính đến nhà máy điện hạt nhân 4000 MW. Tuy nhiên vẫn còn thiếu hụt 4.000 MW nữa, dự kiến sẽ nhập khẩu.

Tại hội thảo quốc tế về “Quy hoạch năng lượng và đầu tư nước ngoài vào Việt Nam” ngày 20 tháng 6 năm 2009 tại Hà Nội, nhiều nhà khoa học cho rằng: năng lượng thuỷ điện ở nước ta rất giới hạn. Sau nhà máy thuỷ điện Sơn La 2.400MW được khánh thành, thì tất cả nguồn thuỷ điện các sông, suối hiện nay chỉ còn có thể khai thác được 100 MW.

Chúng ta dự định xây dựng hàng loạt nhà máy nhiệt điện để đáp ứng nhu cầu, cần khoảng 40 triệu tấn/năm than đá nhập khẩu. Vấn đề nhập than không dễ. Về dầu mỏ, chúng ta khai thác hàng năm khoảng 14 đến 22 triệu tấn, chỉ bán ra hơn một nửa lượng dầu thô, số còn lại cộng với hàng tỷ khối khí cũng không đủ cung cấp cho các nhà máy điện và nhu cầu tiêu thụ trong ngành giao thông vận tải, chất đốt cho sinh hoạt…

Trong lúc đó năng lượng mặt trời, năng lượng gió bền vững, tiềm tàng vô tận chưa được khai thác trong chiến lược phát triển năng lượng.

Hơn thế nữa, theo dự báo quốc tế, chỉ còn 40 năm nữa là than đá, dầu mỏ, khí đốt sẽ cạn kiệt, loài người sẽ lâm vào tình trạng khủng hoảng năng lượng nghiêm trọng. Vì thế nhiều nước công nghiệp phát triển đua nhau khai thác năng lượng mặt trời, năng lượng gió, địa nhiệt, thuỷ triều, sinh học… là những năng lượng sạch, tái tạo được và bền vững cho tương lai…

Tuy nhiên, đầu tư cho năng lượng mặt trời rất đắt, năng lượng địa nhiệt, thuỷ triều, sinh học rất khó khai thác và cũng rất đắt tiền, nên hiện nay xu thế của thế giới tập trung khai thác tài nguyên gió, coi đây là mục tiêu hàng đầu về phát triển năng lượng tái tạo cho hiện tại và tương lai.

Gió - nguồn năng lượng vô tận

Gió là tài nguyên bao la, sạch, ước tính tiềm ẩn đến 10 triệu tỷ KW. Nếu sử dụng 10% năng lượng gió cũng đủ dùng cho toàn thế giới. Đó là nguồn năng lượng bền vững trong tương lai cho Việt Nam và cho toàn nhân loại.

Vì thế, nhiều nước công nghiệp phát triển đầu tư vốn, kỹ thuật lớn để khai thác nguồn năng lượng này. Dẫn đầu là Đức tổng công suất lắp đặt 20.652 MW (số liệu năm 2006), chiếm 5,6% điện quốc gia, rồi đến Hoa Kỳ 11.635 MW, Tây Ban Nha 11.614 MW, Ấn Độ 6.228 MW, Đan Mạch 3.101 MW, Trung Quốc 2.588 MW…

Nhưng khai thác năng lượng gió không dễ. Nước Đức đạt được thành tựu như hôm nay về năng lượng gió là cả một quá trình, từ năm 1973 đã tập trung đầu tư khai thác. Tuy nhiên cũng có lúc thất bại, như động cơ gió lớn nhất thế giới GROWIAN (cao 102m, đường kính bánh gió 100m) bị đổ năm 1985, có cái thì không khởi động được. Nhưng cuộc cách mạng năng lượng gió của Đức chỉ thực sự bắt đầu từ năm 1991, đã đạt được tiến bộ lớn, ổn định. Chương trình phát triển nguồn năng lượng táí tạo được Chính phủ Đức thông qua và có hiệu lực từ 4/2000. Hiệp hội Năng lượng gió của Đức cho biết: tới 2010, năng lượng này sẽ đảm bảo cung cấp khoảng 10% nhu cầu năng lượng trong nước. Cơ quan năng lượng Đức đề ra mục tiêu: năm 2015 sản lượng điện từ năng lượng tái tạo chiếm 20% tổng sản lượng điện quốc gia, trong đó 35.000 MW điện được sản xuất từ năng lượng gió.

Tài liệu của tác giả trình bày chi tiết sáng kiến và những tính toán cụ thể.

Tuy nhiên, phương tiện khai thác năng lượng gió ở Đức và các nước khác sử dụng KHCN hiện đại, nhưng chỉ dừng lại ở động cơ gió rotor  trục ngang, nguyên lý chong chóng có nhiều nhược điểm chưa khắc phục được, vì chưa tìm ra giảI pháp hữu hiệu hơn.

Nước ta là nước có gió mạnh so với các nước trong khu vực. Ngân hàng thế giới đã điều tra và lập bản đồ gió của nhiều khu vực trên thế giới cho thấy Việt Nam có 28.000km2 (8,6% tổng diện tích) có gió tốt. Trong khi đó Campuchia chỉ có 345km2 (0,2% tổng diện tích), Lào - 6776 km2 (2,9), Thái Lan là 761km2 (0,2%)

Từ những năm 1960 nhiều cơ quan, đơn vị, sở, ban, ngành, viện nghiên cứu, trường học, quân đội, cá nhân, công nhân, nông dân, kỹ sư… nước ta đã chế tạo hàng vạn động cơ gió loại nhỏ để phát điện, bơm nước ở nhiều nơi ven biển, hải đảo, có làng động cơ gió, nhưng hầu hết bị gãy cánh, gãy đuôi lái, ít cái tồn tại hơn ba năm. Một số nơi mua của nước ngoài như của Trung Quốc, Úc, Mỹ, Pháp, Tây Ban Nha, Đài Loan… về lắp đặt, nhưng không thành công, mà động cơ gió ở đảo Bạch Long Vĩ là một ví dụ cụ thể.

Turbin gió ở đảo Bạch Long Vĩ do Đoàn TNCS Hồ Chí Minh mua của Tây Ban Nha giá 0,87 triệu USD có công suất 800KW (nhưng tính đúng gió cấp 5 (12m/s) thì không đạt được 70KW, chỉ bằng 1/10 công suất được công bố) cũng chỉ hoạt động trong thời gian ngắn rồi ngừng. Như thế khai thác năng lượng gió không đơn giản.

Hiện nay công ty Cổ phần Năng lượng tái tạo Việt Nam (REVN) sử dụng công nghệ của Đức lắp đặt ở xã Bình Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận những động cơ gió cỡ lớn 1,5 MW, giai đoạn I là 30 MW, đầu tư 1200 tỷ đồng, đạt 91,6 triệu KWh/năm. Ở xã Hoà Thắng huyện Bắc Bình, tỉnh Bình Thuận công ty cổ phần Năng lượng tái tạo châu Á cũng chuẩn bị lắp đặt những động cơ gió cỡ lớn tương tự…

Những công trình về khai thác năng lượng gió là tiền đề để chúng ta thoát khỏi tình trạng khủng hoảng năng lượng sẽ xảy ra trong vài thập niên tới.

Thiết bị khai thác năng lượng gió theo nguyên lý cản cánh buồm

Là người lâu năm nghiên cứu các giải pháp khai thác năng lượng gió, tôi đã tìm ra nhiều nhược điểm của các động cơ gió rotor trục ngang theo nguyên lý chong chóng đang tồn tại hiện nay, có hiệu suất thấp do lực tác động của gió bị trượt nhiều, cánh càng dài, càng rộng chạy càng chậm do sức cản quá lớn.

Tôi rất nghi ngờ công suất động cơ gió mà nhiều nhà chế tạo đã công bố, vì hiện nay trên thế giới và ở ta, nhiều nhà thiết kế, chế tạo động cơ gió tin rằng tất cả lưu lượng gió qua vòng tròn bánh gió đều tạo ra công suất đích thực, nên tính toán toàn bộ lưu lượng gió qua vòng tròn bánh gió, bỏ qua diện tích cánh đón gió, đã thổi phồng công suất lên nhiều lần.

Không thể cùng một diện tích cánh mà cứ kéo cánh dài ra nhiều lần để được công suất tăng gấp mười, gấp trăm lần. Điều đó trái với lý thuyết thuỷ khí động học của Betz (1926) cho rằng: Gió tác động vào cánh gây trì hoãn tốc độ mới sinh ra công. Các động cơ cỡ lớn cánh dài, chạy rất chậm chỉ từ 7 đến 15 vòng/phút, số lưu lượng gió lớn xuyên qua vòng tròn bánh gió không tác động vào cánh, nên không sinh ra công mà tính toán vào đó là phi lý. Theo tôi: Công suất của động cơ gió nào cũng đều tỷ lệ thuận với luỹ thừa bậc ba tốc độ gió và với tổng diện tích các cánh đón gió, không liên quan gì đến bánh gió.

Có một điều phi lý là trên thế giới rất nhiều nhà khoa học đăng ký hàng trăm sáng chế về động cơ gió rotor trục ngang, trục đứng, đủ loại, nhưng hầu hết nó không thể biến thành hiện thực được, vì không có hiệu quả, nhưng vẫn được cục sáng chế các nước đó chấp nhận cấp bằng sáng chế. Như vậy người ta cấp bằng sáng chế theo “tính mới”, theo sự “khác biệt”, vấn đề chưa ai đặt ra, chứ không căn cứ vào hiệu quả sử dụng. 

Qua 30 năm nghiên cứu tôi đã tìm ra “Giải pháp mới về Design thiết bị khai thác năng lượng gió theo nguyên lý cản cánh buồm, khác biệt với các turbin gió đã có, khắc phục được những yếu kém của các turbin gió hiện nay trên thế giới. Nó có ưu điểm sau:

1- Rotor đón gió mọi hướng, nên gió chiều nào rotor cũng quay, khác biệt với turbin gió rotor trục ngang chỉ đón gió một hướng, nên phải có bánh lái quay bánh gió về hướng gió, gió lại có chỗ mạnh chỗ yếu, nên rotor phải quay qua quay lại rất hao phí công suất.

2- Hiệu suất cao vì thu nhận toàn bộ lưu lượng gió tác động vào cánh theo nguyên lý cản cánh buồm, khác biệt với rotor gió trục ngang, điều kiện rotor quay là profil cánh phải nghiêng so với hướng gió, làm lưu lượng gió bị trượt nhiều. Khi quay, sau cánh gió rất mạnh, tạo nên tiếng gầm rít lớn rất khó chịu

3- Có khả năng ổn định tốc độ gió.

4- Có khả năng tăng lưu lượng gió, tăng áp lực, tăng công suất của turbin bằng hệ thống phụ.

5- SảI cánh ngắn, không sợ gãy cánh, vì moment bẻ cánh nhỏ

6- Dễ thiết kế, chế tạo, lắp đặt.

7- Giá thành hạ.

Mô hình động cơ trục dọc làm từ vỏ đồ hộp của tác giả.

Giải pháp trên đã được thực nghiệm ở Đà Nẵng (1978), ở HTX Tứ Hiệp, Thanh Trì, Hà Nội (1981-1983), và được thông báo trên báo Hà Nội Mới, báo Nhân Dân, được đăng ký Bản quyền số 435/2001/QTG ngày 5 tháng 12 năm 2001, đã gửi đăng ký sáng chế, được dự triển lãm Techmart Hà Nội, Cần Thơ (2008), triển lãm Tiết kiệm năng lượng quốc tế (2009) tại Hà Nội, Techmart Việt Nam, Asean+3 (2009) tại Hà Nội.

Nếu giải pháp trên được Nhà nước cấp kinh phí để sản xuất hàng loạt turbin gió theo nguyên lý cản cánh buồm, sẽ mang lại hiệu quả thiết thực phục vụ cho các vùng có gió mạnh quanh năm như bờ biển, hải đảo, núi cao, vùng sâu, vùng xa, phục vụ nông dân ven biển, ngư dân đánh bắt cá xa bờ, bộ đội hải quân, bộ đội biên phòng, đồng bào dân tộc ít người để họ có điện dùng chạy điện đài, thắp sáng, nối mạng… như các vùng khác.

Kết luận

Gió là tài nguyên vô tận, sạch không mất tiền mua, là năng lượng bền vững cho Việt Nam. Tuy nhiên khai thác nó không dễ. Lâu nay nhiều nơi bắt chước chế tạo động cơ gió rotor trục đứng, trục ngang theo nguyên lý chong chóng công suất nhỏ, với số lượng hàng vạn cái nhưng không có cái nào tồn tại được lâu, tốn kém rất lớn.

Tôi nghĩ rằng: chúng ta phải có bước đột phá trong chế tạo động cơ gió, không nên sử dụng nguyên lý chong chóng từ thế kỷ 17 ở Trung Đông, đã tồn tại 400 năm, mà nên tận dụng nguyên lý cản cánh buồm theo sáng chế nói trên.

• Phạm Phú Uynh (Nhà nghiên cứu năng lượng gió)