Dòng nước chảy chậm sẽ là nguồn năng lượng tái sinh

Những dòng nước biển và nước sông chảy chậm hoàn toàn có thể trở thành nguồn năng lượng thay thế đầy tiềm năng. Một nhóm nghiên cứu Trường ĐH Michigan (Hoa Kỳ) đã chứng minh điều này bằng chiếc máy mô phỏng hoạt động của loài cá, biến những dao động vô ích trong dòng chảy thành nguồn năng lượng tái sinh. 

GS. Michael Bernitsas bên máy VIVACE. Ảnh: Science Daily

Chiếc máy được gọi là VIVACE. Đó là chiếc máy đầu tiên thuộc loại này, có thể dùng để sản xuất ra điện năng từ hầu hết các dòng nước chảy chậm của mọi dòng nông và hải lưu trên bề mặt Trái đất, với tốc độ dưới 2 hải lý mỗi giờ. Đa số những dòng nước trên Trái đất chảy chậm hơn 3 hải lý. Tuabin và cối xay nước cần 5 hoặc 6 hải lý để vận hành một cách có hiệu quả.

VIVACE là chữ viết tắt của Vortex Induced Vibrations for Aquatic Clean Energy, dùng dao động xoáy cảm ứng để sản xuất ra năng lượng sạch. Nó không giống như các phương pháp tận dụng nước để sinh năng lượng khác, phụ thuộc vào sóng biển, thuỷ triều hoặc xây dựng những đập nước, mà là một hệ năng lượng thuỷ động học dựa trên “dao động xoáy cảm ứng”.

Dao động xoáy cảm ứng là sự tạo ra những làn sóng khi đặt một vật thể hình tròn hoặc hình trụ trong dòng chất lỏng hoặc chất khí đang chuyển động. Sự có mặt của vật thể này tạo ra những cái “nút” khi dòng chất lỏng hoặc chất khí lướt qua nó. Do vậy ở phía bên kia của vật thể, một dòng xoáy sẽ xuất hiện. Dòng xoáy này đẩy và kéo vật thể lên và xuống, sang trái và sang phải, thẳng góc với dòng chảy.

Chính kiểu dao động này của gió đã làm đổ chiếc cầu Tacoma ở Washington năm 1940, làm gãy gục chiếc tháp làm lạnh của Nhà máy điện Ferrybridge ở Anh năm 1965. Nó cũng là dòng nước xoáy phá hoại những bến cảng, dàn khoan dầu và nhiều toà nhà ven biển.

“Trong suốt 25 năm, các kỹ sư - trong đó có tôi - đã nghiên cứu cách “trị” dao động xoáy cảm ứng... Nhưng hiện nay, ở Michigan, chúng tôi đang làm điều ngược lại. Chúng tôi làm những dao động mạnh lên và tìm cách tận dụng nguồn năng lượng vô ích và nhiều khi có tác dụng phá hoại này trong thiên nhiên”.Trưởng nhóm VIVACE, GS. Michael Bernitsas, Viện Kiến trúc và Công nghệ công trình thuỷ, nói.

Từ lâu, người ta đã biết rằng, những con cá bơi gây ra những xoáy nước. “Công nghệ VIVACE mô phỏng hoạt động đó”, GS Bernitsas kể lại, “nhưng đường cong của cơ thể con cá bơi sau lướt theo dòng xoáy mà những con cá khác bơi trước nó gây ra. Riêng lực của cơ bắp không thể đẩy nổi chúng với tốc độ mà chúng bơi, nên chúng đã “cưỡi” lên vết xoáy của những con cá khác để lại”.

Chiếc máy của GS. Bernitsas trông không giống hình dạng con cá chút nào, nhưng ông cho biết trong phương án tương lai, nó sẽ có những bộ phận tương đương với đuôi và bề mặt ngoài của cơ thể cá, tựa như những chiếc vảy dương ra. Chiếc máy mẫu trong phòng thí nghiệm là một xilanh trơn láng có gắn những chiếc lò xo. Xilanh treo nằm ngang dòng chảy của nước trong một bể kích thước bằng một toa xe rơmooc. Nước trong bể chảy với tốc độ 2 hải lý/giờ.

VIVACE hoạt động như sau: Sự có mặt của xilanh trong dòng nước đang chảy gây ra dòng xoáy trên và dưới xilanh. Dòng xoáy đẩy và kéo chiếc xilanh lên và xuống, trên những chiếc lò so của nó, tạo ra năng lượng cơ học. Sau đó máy sẽ chuyển năng lượng cơ học thành năng lượng điện.

Một vài xilanh là đủ để cung cấp năng lượng cho một chiếc tàu thả neo hoặc thắp sáng điện cho một toà nhà. Một dàn VIVACE mắc nối tiếp có kích thước một toà nhà 2 tầng có thể cung cấp điện năng cho 100.000 ngôi nhà. Một dàn máy như vậy có thể đặt dưới đáy sông, hoặc treo đung đưa trên một giá treo chắc chắn, chìm giữa lòng sông.

Vì dao động của VIVACE chậm, nên hệ thống không gây hại gì cho những sinh vật sống dưới nước cũng như những con đập và tuabin nước trên các dòng sông.

GS. Bernitsas cho biết điện năng do VIVACE sinh ra có già thành chỉ vào khoảng 5,5 cent/kilowatt/h. Trong khi đó, năng lượng gió có giá thành 6,9 cent/kw/h, năng lượng hạt nhân 4,5 cent/kw/h, năng lượng mặt trời giá 16 đến 48 cent/kw/h, tuỳ địa điểm. Ông nói: “Tất nhiên biện pháp này không thể là giải pháp lớn của toàn ngành năng lượng thế giới. Nhưng theo lý thuyết thì chỉ cần lấy được 0,1% nguồn năng lượng từ biển khơi thì cũng hỗ trợ được nhu cầu năng lượng của 15 tỷ người”.

Các nhà nghiên cứu đã hoàn tất bản nghiên cứu tiền khả thi cho một cụm thiết bị khai thác năng lượng từ sông Detroit và đang triển khai một dự án thử nghiệm tại đây trong vòng 18 tháng.