Tương lai công nghệ năng lượng sóng
Hãy tưởng tượng sẽ có ngày quần áo sạc cho đồng hồ thông minh khi bạn đi bộ; tòa nhà rung chuyển trong gió và cung cấp năng lượng cho đèn chiếu sáng, con đường chiết xuất năng lượng từ lực ma sát do ôtô chuyển động tạo ra và những cấu trúc linh hoạt thay đổi hình dạng theo sóng biển để tạo ra điện sạch cho mọi cộng đồng trên toàn thế giới.
Điều đó không còn là khoa học viễn tưởng. Một ngày nào đó, chúng ta có thể khai thác các nguồn năng lượng tự nhiên này nhờ vào một lĩnh vực công nghệ non trẻ vừa giành được bằng sáng chế đầu tiên: công nghệ chuyển đổi năng lượng nhúng phân tán (hay DEEC-Tec, viết tắt là công nghệ boong).
Bằng sáng chế đầu tiên của phát minh dành riêng cho các ứng dụng trong năng lượng tái tạo biển – năng lượng sạch tạo ra từ sóng biển và sông, dòng chảy và thủy triều. Nhưng DEEC-Tec cuối cùng có thể biến đổi mọi nguồn năng lượng hàng ngày – bao gồm hầu hết tất cả chuyển động vật lý hoặc sự thay đổi hình dạng động, thành điện năng hoặc những dạng năng lượng có thể sử dụng khác.
Công nghệ chuyển đổi năng lượng nhúng phân tán (hoặc DEEC-Tec) được xây dựng thành nhiều hình dạng, như rắn và bóng bay
Blake Boren, kỹ sư cấp cao Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia Mỹ (NREL) và là nhà phát minh hàng đầu về bằng sáng chế cùng với Jochem Weber, kỹ sư trưởng chương trình năng lượng nước của NREL, cho biết: “Miền DEEC-Tec đang phát triển. DEEC-Tec rất có thể có chân để di chuyển vào các tòa nhà, quần áo và đường sá, nhưng nó đang bắt đầu ở đại dương. Bằng sáng chế cho thấy chúng tôi đang đạt được động lực trong một lĩnh vực nghiên cứu hiệu quả”.
Ví dụ hình ảnh con rắn biển bơi nhờ vào sự hợp tác phức tạp giữa nhiều tế bào cơ mềm dẻo của nó. Trong miền DEEC-Tec, các bộ chuyển đổi năng lượng riêng lẻ hoạt động cùng nhau – giống như tế bào cơ – tạo ra cấu trúc lớn hơn, giống như loài rắn biển. Hầu hết thiết bị sử dụng máy phát điện để chuyển đổi năng lượng đại dương thành những nguồn năng lượng có thể sử dụng, sạch và tái tạo, bao gồm cả điện. Nhưng DEEC-Tec tích lũy nhiều bộ chuyển đổi nhỏ tạo thành bộ chuyển đổi năng lượng lớn hơn, thường linh hoạt hơn.
Boren bình luận: “DEEC-Tec mang đến cho cộng đồng nhà nghiên cứu và nhà phát triển cách suy nghĩ hoàn toàn mới về cách chuyển đổi năng lượng biển từ sóng biển, thủy triều cũng như dòng chảy thành những dạng năng lượng có thể sử dụng được – chẳng hạn như điện. Kết hợp lại, những bộ chuyển đổi năng lượng nhỏ bé này có thể tạo thành nền tảng của vải, vách ngăn, cấu trúc hỗ trợ,…, xây dựng một loạt cấu trúc chuyển đổi năng lượng dựa trên DEEC-Tec. Ví dụ: bộ chuyển đổi năng lượng sóng dựa trên DEEC-Tec trông giống như những quả bóng bay co lại và nở ra, những con rắn nhấp nhô hoặc mái chèo xoắn và uốn cong để khai thác năng lượng sóng biển. Những quả bóng bay, rắn và mái chèo có thể thích ứng này cũng mang lại nhiều lợi ích lớn. Bộ chuyển đổi năng lượng sóng linh hoạt – còn được gọi là flexWEC – khai thác và chuyển đổi sóng thành năng lượng sử dụng được trong toàn bộ cấu trúc của chúng. Vì vậy, bất kể năng lượng sóng tương tác với cấu trúc thiết bị ở đâu hoặc như thế nào, bộ chuyển đổi năng lượng sẽ ở đó để biến đổi sóng đó thành điện năng”.
Vì flexWEC không tập trung năng lượng sóng biển vào một bộ chuyển đổi năng lượng đơn lẻ (như máy phát điện quay đơn lẻ hoặc xi lanh piston thủy lực) hoặc một hệ thống truyền lực (như trục truyền động hoặc hộp số), chúng tránh tích lũy lực sóng biển có khả năng làm tắt hoặc làm hỏng máy. Thật vậy, các bộ chuyển đổi năng lượng sóng khác thường sử dụng khung thép lớn bảo vệ cơ thể cứng của chúng khỏi các lực đại dương, nhưng những khung đó có thể đắt và nặng. Thay vào đó, flexWEC đi theo quy trình. Khung FlexWEC cũng cho phép chúng khai thác năng lượng từ phạm vi rộng hơn của các vị trí đại dương và tần số năng lượng sóng.
Boren nhận định: “Một ngày nào đó, có thể có các trang trại năng lượng tái tạo biển dựa trên DEEC-Tec ở ngoài khơi California, Oregon hoặc Washington; với bộ chuyển đổi năng lượng sóng có khả năng cung cấp năng lượng cho mọi cộng đồng ven biển hoặc mạng lưới tiện ích nói chung. Chi phí cao là một trong những rào cản lớn cuối cùng mà ngành năng lượng biển đang nở rộ phải vượt qua để bắt đầu cung cấp năng lượng cho các cộng đồng. Và các nguyên mẫu linh hoạt của DEEC-Tec cung cấp một cách đặc biệt hiệu quả về chi phí để khai thác năng lượng sóng. Bởi vì flexWEC lưu trữ nhiều hơn một bộ chuyển đổi năng lượng, chúng có thể yêu cầu ít chuyến đi bảo trì hơn; nếu chỉ một nhóm nhỏ các bộ chuyển đổi nhỏ yêu cầu sửa chữa, tất cả những thiết bị khác có thể tiếp tục hoạt động. FlexWEC cũng được chế tạo bằng vật liệu bền vững hơn, tiết kiệm chi phí hơn, giúp chúng dễ dàng lắp đặt và kiểm soát hơn khi ở ngoài biển. Kiểm soát tốt hơn đồng nghĩa với tăng cường sản xuất năng lượng, cho phép nhà khai thác thích ứng với điều kiện đại dương thay đổi để khai thác lượng năng lượng tiềm năng lớn nhất.
Vì miền DEEC-Tec vẫn còn tương đối mới, Boren và nhóm của ông đang nỗ lực khám phá chính xác cách những công nghệ này tạo ra thế hệ thiết bị năng lượng biển mới hoặc những vật liệu tạo năng lượng khác. Và bằng sáng chế gần đây của Boren là động lực lớn hướng tới tương lai DEEC-Tec.
Boren kết luận: “Bằng sáng chế mang lại sự tin cậy hơn nữa về những gì DEEC-Tec có thể trở thành. Giờ đây, chúng tôi có nền tảng được cấp bằng sáng chế để phát triển và quảng bá DEEC-Tec hơn nữa cả trong NREL cũng như với mọi cộng tác viên bên ngoài và ngành của chúng tôi”.
