'Rắn cao su': Năng lượng điện từ sóng biển

Một thiết bị được tạo thành từ ống cao su khổng lồ có thể mang ý nghĩa quyết định trong việc chế tạo điện từ năng lượng của sóng biển.

"Anaconda", được phát minh tại Anh, là khái niệm sóng hết sức sáng tạo. Thiết kế đơn giản của nó đồng nghĩa với chi phí sản xuất và bảo trì thấp, điều này cho phép tạo ra điện sạch với giá thành thấp hơn các loại thiết bị chuyển hóa năng lượng sóng khác. Cho đến nay chi phí luôn là rào cản chủ yếu của quá trình triển khai các thiết bị chuyển hóa năng lượng.

Anaconda được đặt theo tên một loài rắn vì hình dạng nhỏ dài của nó, hai đầu của nó được bịt kín và bên trong chứa toàn nước. Nó được thiết kế để neo lại ngay dưới bề mặt nước biển, với một đầu hứng lấy các đợt sóng.

Con sóng đập vào một đầu của thiết bị tạo ra sức ép hình thành nên “sóng phình” bên trong ống. Khi sóng phình chạy qua ống, đợt sóng biển tạo ra nó chạy dọc phần ngoài của ống với cùng một tốc độ, tạo thêm sức ép lên ống và khiến sóng phình ngày càng lớn hơn. Sau đó sóng phình làm quay một tuabin nằm ở đầu còn lại của thiết bị và năng lượng tạo ra được chuyển đến bờ biển qua cáp.

Vì được làm từ cao su, Anaconda nhẹ hơn nhiều các thiết bị năng lượng sóng khác (thường được làm bằng kim loại) đồng thời không cần đến búa thủy động, khớp nối và bản lề. Điều này làm giảm số vốn cần có, chi phí bảo trì cũng như khả năng hỏng hóc. Tuy nhiên, Anaconda mới chỉ ở giai đoạn phát triển ban đầu. Khái niệm này chỉ được chứng minh trong quy mô phòng thí nghiệm, vì vậy câu hỏi quan trọng về khả năng hoạt động tiềm năng của nó vẫn cần lời giải đáp.

Thiết bị Anaconda có thể được sử dụng theo nhóm 20 hoặc hơn. (Ảnh: Hội đồng nghiên cứu kỹ thuật và khoa học tự nhiên)

Với nguồn tài trợ từ Hội đồng nghiên cứu kỹ thuật và khoa học tự nhiên (EPSRC) các kỹ sư tại đại học Southampton phối hợp với các nhà phát minh và các nhà phát triển Anaconda (Checkmate SeaEnergy) đang bắt tay thực hiện một chương trình thử nghiệm trên quy mô lớn hơn cùng các nghiên cứu toán học cần thiết. Sử dụng ống với đường kính 0.25 và 0.5 mét, thí nghiệm sẽ đánh giá hoạt động của Anaconda trong điều kiện sóng đều đặn, sóng không đêu đặn, và sóng dữ dội. Các thông số được đánh giá bao gồm áp suất bên trong, thay đổi hình dạng ống và các lực mà cáp biển phải chịu. Dữ liệu này sẽ là cơ sở cho mô hình toán học tính toán chính xác năng lượng mà Anaconda kích thước thật có thể tạo ra, cũng như cung cấp hiểu biết về hoạt động thủy động lực học của thiết bị.

Khi được chế tạo, mỗi thiết bị Anaconda kích thước thật sẽ dài 200 mét và có đường kính 17 mét, được triển khai ở độ sâu từ 40 đến 100 mét. Đánh giá ban đầu cho thấy Anaconda sẽ có công suất 1 MW (tương đương lượng điện do 2000 hộ gia đình sử dụng) và có thể có chi phí sản xuất 6 xu một kWh hoặc ít hơn. Măc dù con số này cao gấp đôi chi phí điện năng chế tạo bởi các trạm năng lượng sử dụng than đốt truyền thống, nó vẫn khả quan hơn chi phí của các ý tưởng năng lượng sóng hàng đầu khác.

Giáo sư John Chaplin, người chỉ đạo dự án tài trợ của EPSRC, cho biết: “Anaconda có thể là đóng góp quý báu cho công cuộc bảo vệ môi trường bằng cách khích lệ sử dụng năng lượng sóng. Mô hình Anaconda 1/3 kích thước thật có thể được chế tạo vào năm sau để kiểm tra trên biển. Chúng ta có thể tận mắt chứng kiến thiết bị kích thước hoàn chỉnh đầu tiên được triển khai trên bờ biển nước Anh trong 5 năm tới”. Anaconda là phát minh của Francis Farley (nhà vật lý học thực nghiệm) và Rod Rainey (thuộc dầu khí Atkins). Việc chế tạo bộ phận của ống không đàn hồi có thể đem lại ưu thế nhất định, nhưng điều này vẫn phải chờ đánh giá cụ thể.

Điện năng được chế tạo từ sóng không hề có cácbon, vì vậy đó là một lợi thế trong cuộc chiến chống hiện tượng nóng lên toàn cầu. Cùng với năng lượng thủy triều, năng lượng sóng có thể cung cấp khoảng 20% nhu cầu điện năng hiện tại của vương quốc Anh.

Dự án hai năm “Thủy động lực học của Thiết bị chuyển hóa năng lượng sóng” được EPSRC tài trợ trên 430.000 bảng.

*Sóng phình là sóng áp lực được tạo ra khi chất lỏng dao động lên xuống trong một ống.