4 công nghệ sản xuất và truyền tải năng lượng sẽ thay đổi thế giới

Nhu cầu điện toàn cầu đang tăng trưởng liên tục với 5% trong 2021 và 4% trong 2022. Với sự xuất hiện của hàng tỉ thiết bị điện mỗi ngày, năng lượng càng lúc càng trở nên cần thiết. 4 công nghệ không tưởng dưới đây sẽ làm thay đổi cách hình dung về điện.

Truyền tải điện không dây

Các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ (NRL) đã thành công trong việc truyền tải 1.6kW điện qua khoảng cách hơn 1km mà không cần dây dẫn.

Theo nhà nghiên cứu độc lập Chris Rodenbeck, Lầu Năm Góc trước đó đã giao cho các nhà nghiên cứu NRL nhiệm vụ chứng minh khả năng truyền tải dòng điện 1kW trong khoảng cách 1km. Thí nghiệm cho thấy sự khả thi của việc truyền tải điện đến các địa điểm xa, ví dụ như trong các cuộc hành quân trên bộ. Trong tương lai, công nghệ này có thể sử dụng để truyền tải điện từ ngoài không gian đến Trái Đất.

Các kĩ sư tạo ra điện và chuyển hóa chúng thành dạng chùm sóng viba 10 GHz rồi truyền tải qua ăng-ten chảo nhắm đến bộ thu cách đó hơn 1km. Bộ thu bao gồm hàng chục nghìn ăng-ten sát nhau tạo thành một tấm kích cỡ tương đương biển báo giao thông. Thiết bị hoạt động ở tần số X-Band (thường được sử dụng cho súng radar bắn tốc độ của cảnh sát). Đi-ốt sau đó chuyển hóa sóng viba thành dòng điện một chiều.

Nguồn điện từ thực vật

Các nhà hóa sinh tại Đại học Cambridge đã thành công tạo ra một máy phát điện tí hon chạy bằng quá trình quang hợp của tảo. Máy phát này có thể vận hành các thiết bị nhỏ vô thời hạn mà không cần sử dụng các nguyên liệu của pin Lithium-ion (pin Li-ion).

Thiết bị phát điện có vỏ ngoài trong suốt với kích cỡ lớn hơn một viên pin AA, chứa loại tảo lam phổ biến trong nước. Chỉ với nguồn ánh sáng trong nhà, tảo có thể tạo ra nguồn năng lượng trong quá trình quang hợp và tạo thành dòng điện nhỏ. Dòng điện này đủ mạnh để vận hành bộ vi xử lý thông dụng liên tục 6 tháng, thậm chí trong bóng tối. Với hàng nghìn tỷ thiết bị kết nối internet như đồng hồ thông minh, cảm biến… dự kiến tăng mạnh trong 2035, chúng ta cần “nhiều thiết bị phát điện hơn trữ điện như các loại pin”, theo Christopher Howe, tác giả của một bài viết mới trên tạp chí Energy & Environmental Science.

Tối ưu hóa pin mặt trời

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Martin Luther Halle-Wittenberg đã phát minh ra một loại pin mặt trời hiệu quả và ít tốn kém hơn.

Một nghiên cứu được xuất bản trên tạp chí Science Advances cho thấy, một số vật liệu sắt điện nhất định khi kết hợp với các vật liệu khác có cấu trúc tinh thể có thể là giải pháp thay thế đầy hứa hẹn so với chất liệu silicon đang được sử dụng phổ biến trong pin năng lượng mặt trời.

Nhóm nghiên cứu của Akash Bhatnagar tại Đại học Martin Luther đã sử dụng vật liệu sắt điện là oxit bari titanat (BaTiO2) với khả năng tạo ra điện năng từ ánh sáng nhờ phân tách điện tích âm và điện tích dương trong không gian. Tuy nhiên, bản thân bari titanat không hấp thụ nhiều ánh sáng mặt trời. Vì thế, các nhà nghiên cứu đã đặt bari titanat vào giữa hai vật liệu khác và chiếu tia laser. Sự kết hợp này sản sinh ra dòng điện mạnh gấp 1.000 lần so với con chip dày tương tự chỉ làm từ bari titanat.

“Sự tương tác giữa các lớp mạng tinh thể dẫn đến hằng số điện môi cao hơn. Nói cách khác, electron sẽ di chuyển dễ dàng hơn” – nhà nghiên cứu Bhatnagar cho biết.

Tuabin Sierra mới của GE

GE Renewable Energy vừa ra mắt tuabin điện gió trên bờ mới với tên gọi Sierra. Tuabin có công suất 3-3,4 megawatts (MW), đủ để cung cấp cho hơn 3.000 hộ gia đình tại Mỹ. Tuabin mới này được sản xuất lớn hơn, công nghệ hiện đại hơn nhưng vẫn đảm bảo quá trình vận chuyển và lắp đặt dễ dàng, đáng tin cậy giống như các tuabin nhỏ hơn trước đó.

Sierra được sản xuất trên nền tảng thành công của tuabin gió 2MW bán chạy nhất của GE với công suất tối đa đạt tới hơn 30 gigawatts (GW). Tuy nhiên, Sierra có cánh quạt cùng diện tích vòng quay lớn hơn, đón nhiều gió hơn và tạo ra công suất cao hơn đến 50% so với các dòng tuabin trước.

Ba cánh quạt với chiều dài mỗi cánh là 68,7m tạo thành một trục quay với chiều cao lên đến 140 mét, gấp 2 lần chiều dài của một chiếc máy bay Boeing 747. Cánh quạt có thể tháo rời thành 2 phần, giúp cho việc vận chuyển dễ dàng hơn. Khi đến nơi, đội lắp đặt sẽ lắp ráp hai phần lại trên mặt đất và sử dụng cần cẩu lớn để gắn cánh quạt vào động cơ tuabin.

Quá trình lắp đặt tuabin Sierra có thể sử dụng cùng xe tải, xe kéo và cần cẩu 600 tấn giống như khi lắp đặt tuabin 2-MW của GE. Kỹ sư hiện trường có thể làm việc nhanh hơn với cần cẩu nhỏ, tăng số lượng tuabin có thể lắp đặt hàng tuần, giảm thời gian lắp đặt và giá thành vận chuyển. Khách hàng tại Mỹ giờ đây có thể thoát đau đầu vì quá trình vận chuyển tuabin lớn.

Các kỹ sư của GE đã tối giản hóa quá trình tuabin kết nối với mạng lưới, đặt các máy biến áp và thiết bị chuyển mạch của Sierra ở mặt đất thay vì đỉnh tháp tuabin, giúp việc bảo trì dễ dàng hơn.

Đến nay, GE đã nhận được đơn hàng tuabin Sierra với tổng công suất hơn 1GW. Tuabin mới này của GE vừa có thể tạo ra nhiều năng lượng gió hơn vừa kinh tế hơn, là chìa khóa hướng đến giảm phát thải cacbon và là một lựa chọn đáng tin cậy với giá cả phải chăng. Trong những năm tới, Sierra được định hướng sẽ trở thành một phần quan trọng trong hệ sinh thái điện gió tại Mỹ.