Đứng trước thực tế nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao nhưng những nguồn năng lượng hóa thạch như dầu, khí đốt, than,… đang ngày càng trở nên khan hiếm cũng như gây ra những tác hại khôn lường cho môi trường, chúng ta cần tìm ra những dạng năng lượng mới để thay thế cho chúng. Một trong những nguồn năng lượng triển vọng, đang trong những bước khai thác và sử dụng có thể kể đến là năng lượng gió.

Năng lượng gió hiện nay là một trong những dạng năng lượng phát triển nhanh nhất trên thế giới cũng như có tiềm năng lớn ở Việt Nam. Trong bài viết sau đây, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về năng lượng gió, cách thức chúng hoạt động cũng như ưu nhược điểm của loại năng lượng này.

1. Khái niệm năng lượng gió

Gió là sự chuyển động của không khí từ khu vực có áp suất cao đến khu vực có áp suất thấp. Trên thực tế, gió tồn tại là do mặt trời làm nóng bề mặt Trái đất một cách không đều. Khi không khí nóng tăng lên, không khí mát hơn di chuyển vào để lấp đầy khoảng trống. Chỉ cần có nắng thì gió sẽ thổi. Và gió từ lâu đã đóng vai trò là nguồn cung cấp năng lượng cho con người. 

Con người đã khai thác năng lượng gió trong hàng nghìn năm, từ những chiếc thuyền buồm đầu tiên cho đến hệ thống thông gió có từ năm 300 trước Công nguyên. Đây là một nguồn năng lượng tái tạo và không phát thải, rất thích hợp cho việc sản xuất năng lượng quy mô lớn. Trên con đường hướng tới một tương lai không có carbon, năng lượng gió sẽ ngày càng đóng một vai trò quan trọng.

2. Phân loại năng lượng gió

2.1. Điện gió xa bờ

Các vùng biển ngoài khơi gần bờ, cách bờ từ 10-60 km với điều kiện không nhận thấy từ đất liền, có độ sâu nước không quá lớn, có gió biển điều hòa, không chiếm đất,… có triển vọng nhất để sản xuất điện bằng tuabin gió. Tuy nhiên, chi phí lắp đặt tuabin xa bờ tiêu tốn chi phí gấp 1.5-2 lần so với việc lắp đặt gần bờ.

Vùng ven biển nước ta, đặc biệt vùng phía Nam có tiềm năng phát triển tốt điện gió biển do có độ sâu từ 0m đến 60m, diện tích rộng khoảng 142.000km2. Tại đây, tốc độ gió trung bình ở độ cao 100m đạt hơn 7-10m/s.

2. Điện gió trên bờ

Việc xây dựng các trạm điện gió trong đất liền đỏi hỏi phải khảo sát rất bài bản về tốc độ gió và hướng gió do gió trong đất liền thường không ổn định về hướng và tốc độ.

Một trạm điện gió có thể bao gồm nhiều tua bin gió được lắp đặt gần nhau, có khi lên tới 100 tua bin và thường được thiết lập ở những nơi có có tốc độ gió trung bình cao nhất từ 4,5m/s. 

Ở nhiều nước, các tua bin gió được thiết kế theo bản đồ gió do các cơ quan nhà nước thành lập, hoặc được thiết lập bằng vốn ngân sách.

3. Năng lượng gió hoạt động như thế nào?

Hầu hết năng lượng gió đến từ các tuabin có thể cao bằng một tòa nhà 20 tầng và có ba cánh quạt dài 200 foot (60 mét). Gió làm quay các cánh quạt, làm quay một trục nối với máy phát điện để tạo ra điện.

Các tuabin gió lớn nhất tạo ra đủ điện trong một năm (khoảng 12 megawatt-giờ) để cung cấp cho khoảng 600 ngôi nhà. Các trang trại điện gió có hàng chục và đôi khi hàng trăm tuabin này xếp cùng nhau ở những điểm đặc biệt nhiều gió. Các tuabin nhỏ hơn được lắp đặt ở sân sau có thể sản xuất đủ điện cho một ngôi nhà hoặc doanh nghiệp nhỏ.

4. Cách tạo ra năng lượng gió

4.1. Lắp đặt tua bin gió

Chuyển động xoay tròn làm quay một trục trong vỏ bọc, động năng của trục quay được chuyển đổi bởi một máy phát được chế tạo trong vỏ bọc thành năng lượng điện. Điện được dẫn đi qua một máy biến áp, làm tăng điện áp để nó có thể được vận chuyển trên lưới điện địa phương hoặc được sử dụng bởi một lưới điện quốc gia.

4.2. Sử dụng cây điện gió

Là một loại tua bin gió không phát ra tiếng ồn, hay còn được gọi là Wind Tree Turbine. Đây là một một lựa chọn tối ưu cho các khu vực đô thị như vườn, công viên và khu vực cộng đồng địa phương khi tạo ra năng lượng gió mà không gây ồn làm ảnh hưởng đến cảnh quan công cộng.

4.3. Sử dụng diều điện gió

Đây là một phát minh thay thế phù hợp cho người dân gặp khó khăn trong việc lắp đặt tua-bin gió truyền thống.

Bằng điều khiển của các máy tính có sử dụng hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và nhiều cảm biến khác, diều điện gió sẽ cất cánh và bay vòng tròn xung quanh trạm, nhờ gió làm xoay 8 cánh quạt tích hợp trên cánh diều để kích hoạt một máy phát tạo ra điện rồi truyền về lưới điện thông qua dây neo theo điều khiển của các máy tính có sử dụng hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và nhiều cảm biến khác.

5. ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA NĂNG LƯỢNG GIÓ

5.1. Ưu điểm

- Có tính bền vững, vô hạn về trữ lượng

- Là nguồn năng lượng nội địa dồi dào, giúp hạn chế sự phụ thuộc vào nguồn cung câp ngoại địa như năng lượng không tái tạo

- Là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường

- Chi phí hoạt động thấp

- Năng lượng gió tạo ra việc làm cho lao động với các yêu cầu về công việc như vận hành, lắp đặt, bảo dưỡng,… trong tương lai gần.

- Tuabin gió có thể được xây dựng trên các trang trại hoặc trại chăn nuôi hiện có, tạo điều kiện thuận lợi cho nông dân và chủ trang trại có thể tiếp tục làm việc trên đất liền vì các tuabin gió chỉ sử dụng một phần diện tích đất

- Tiềm năng tốt: Mọi người có thể tự tạo ra điện bằng năng lượng gió theo cách tương tự như mọi người làm với hệ thống pin năng lượng mặt trời

- Sử dụng công nghệ hiện đại

- Tăng trưởng nhanh với tiềm năng lớn

- Giá đang giảm: nhờ những tiến bộ công nghệ và nhu cầu gia tăng giá đã giảm hơn 80% kể từ năm 1980, giá cả dự kiến ​​sẽ tiếp tục giảm trong tương lai gần.

5.2. Nhược điểm

- Các tua bin gió có thể gây ảnh hưởng xấu đến động vật địa phương.

- Các địa điểm lấy gió trên đất liền tốt thường nằm ở những vị trí hẻo lánh, xa các thành phố cần có điện.

- Điện gió vẫn phải cạnh tranh với các nguồn phát điện thông thường trên cơ sở chi phí.

- Tua bin có thể gây ra tiếng ồn và ô nhiễm mỹ quan.

- Phụ thuộc nhiều vào yếu tố thời tiết, những cơn bão mạnh có thể ảnh hưởng đến hoạt động của tua bin khi bị sét đánh.

- Những cơn bão mạnh làm lưỡi doa trục trặc có thể gây thương tích cho con người.

- Chỉ thích hợp để xây dựng ở một địa điểm nhất định.

- Cần chặt bỏ một số lượng lớn cây xanh để có diện tích cho việc lắp đặt tuabin gió.

6. LIỆU NGUỒN ĐIỆN GIÓ CÓ THAY THẾ ĐƯỢC CHO NĂNG LƯỢNG TRUYỀN THỐNG

Thỏa thuận Mới Xanh là một gói luật được đề xuất của Hoa Kỳ nhằm giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu và bất bình đẳng kinh tế. Thỏa thuận Mới Xanh kết hợp cách tiếp cận kinh tế của cựu tổng thống Mỹ Roosevelt với những ý tưởng hiện đại như năng lượng tái tạo và hiệu quả tài nguyên với một trong số đó là chuyển đổi 100% sang các nguồn tài nguyên tái tạo. Liệu điều này có khả thi hay không?

Một cuộc nghiên cứu của Viện Năng lượng Mỹ đã chỉ ra rằng, giá so sánh tiêu chuẩn của điện năng từ nguồn năng lượng tái tạo mới (điện gió và điện mặt trời) cao hơn trên 2 lần so với giá điện từ các nguồn năng lượng truyền thống. Việc chuyển đổi sản xuất điện từ các nhà máy điện có giá cả phải chăng và đáng tin cậy sang các nguồn năng lượng mặt trời và gió tốn kém và không ổn định sẽ làm tăng đáng kể chi phí điện cho các doanh nghiệp và gia đình. Nghiên cứu này cung cấp cơ hội để kiểm tra thực tế cho những người đưa ra quyết định liên quan đến chính sách năng lượng của Mỹ.

Có lẽ, ở thời điểm hiện tại, việc thay thế hoàn toàn các nguồn năng lượng hóa thạch bằng năng lượng tái tạo là chưa thể, cần tiếp tục có những nghiên cứu, phát triển nhằm tối ưu hóa chi phí, hiệu năng sử dụng.

7. TIỀM NĂNG VÀ TRIỂN VỌNG CỦA NĂNG LƯỢNG GIÓ TẠI VIỆT NAM

- Tốc độ tăng trưởng trung bình của sản lượng điện ở Việt Nam trong 20 năm trở lại đây đạt mức rất cao, khoảng 12-13%/năm – tức là gần gấp đôi tốc độ tăng trưởng GDP của nền kinh tế. Đứng trước thách thức thiếu hụt điện (không nằm ngoài xu thế chung của toàn cầu), chúng ta cần cân nhắc những biện pháp ứng xử thích hợp.

- Nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài hơn 3000km, Việt Nam có một thuận lợi cơ bản để phát triển năng lượng gió. So sánh tốc độ gió trung bình trong vùng Biển Đông Việt Nam và các vùng biển lân cận cho thấy gió tại Biển Đông khá mạnh và thay đổi nhiều theo mùa. Trong bốn nước được khảo sát thì Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất và hơn hẳn các quốc gia lân cận là Thái Lan, Lào và Campuchia. Việt Nam có tới 8,6% diện tích lãnh thổ được đánh giá có tiềm năng từ tốt đến rất tốt để xây dựng các trạm điện gió cỡ lớn. Tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360 MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020.Sơn Hải (Ninh Thuận) và vùng đồi cát ở độ cao 60-100m phía tây Hàm Tiến đến Mũi Né (Bình Thuận) là hai vùng giàu tiềm năng nhất để phát triển năng lượng gió. Gió vùng này có số lượng các cơn bão khu vực ít và gió có xu thế ổn định và vận tốc trung bình lớn

- Chúng ta cần phải lưu ý một số đặc điểm riêng để có thể phát triển nó một cách có hiệu quả nhất. Nhược điểm lớn nhất của năng lượng gió là sự phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và chế độ gió. Vì vậy cần nghiên cứu hết sức nghiêm túc chế độ gió, địa hình, loại gió không có các dòng rối vốn ảnh hưởng không tốt đến máy phát. Chính vì những hạn chế trên mà năng lượng gió không được đánh giá là năng lượng chủ lực. Chính vì thế việc tính toán khoảng cách hợp lý đến các khu dân cư, khu du lịch để không gây những tác động tiêu cực là một việc làm quan trọng. 

Năng lượng gió hiện nay là một nguồn năng lượng tiềm năng, có những ưu điểm lớn về mặt chi phí, môi trường,..bên cạnh đó vẫn tồn tại một số hạn chế cần được cải thiện. Mong rằng, thông qua đây, các bạn đã có thêm những thông tin cần thiết về năng lượng gió và có thể cân nhắc cũng như ứng dụng những lợi ích của nguồn năng lượng xanh này vào cuộc sống.