Khám phá: Tuabin gió được phát minh khi nào?

Tuabin gió là một thiết bị chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng. Ngày nay, chúng ta thường thấy những cánh đồng tuabin gió khổng lồ xung quanh thế giới, nhưng cội nguồn của chúng bắt đầu từ hàng nghìn năm trước.

Tuabin gió được phát minh khi nào?

Tuabin gió hiện đại dựa trên nguyên tắc của các cối xay gó, loại thiết bị đã tồn tại từ hàng nghìn năm trước. Theo lịch sử, những dấu vết đầu tiên về việc khai thác năng lượng gó có thể được truy ngược lại tới khoảng 200 TCN.

Những cối xay gió đầu tiên (200 TCN – Thế kỷ 19):

• Các bằng chứng đầu tiên về việc khai thác năng lượng gió xuất hiện từ Ba Tư (Iran ngày nay) và Trung Quốc.
• Vào thế kỷ 7, cối xay gió được sử dụng ở Ba Tư để bưm nước, nghiền ngũ cốc.
• Vào thế kỷ 12, các cối xay gió xuất hiện rộng rãi tại Châu Âu.

Giai đoạn cải tiến công nghệ (Thế kỷ 19 – Đầu thế kỷ 20):

• Đến thế kỷ 19, các cối xay gió được tăng cường độ hiệu quả nhờ các tiến bộ trong công nghệ kỹ thuật.
• Các máy bơm nước chạy bằng gió đã được sử dụng rộng rãi ở Hoa Kỳ và Châu Âu.

Phát minh tuabin gió hiện đại (Thế kỷ 20):

• Vào năm 1888, Charles F. Brush, một nhà phát minh người Mỹ, đã xây dựng tuabin gió điện đầu tiên tại Cleveland, Ohio.
• Đến năm 1931, Liên Xô xây dựng tuabin gió lớn đầu tiên có khả năng phát điện 100 kW.
• Năm 1941, tuabin gió khổng lồ đầu tiên có công suất 1,25 MW được xây dựng tại Vermont, Mỹ.

Các bước tiến trong cuối thế kỷ 20 và thế kỷ 21:

• Từ những năm 1970, do khủng hoảng dầu mỏ, các quốc gia như Đan Mạch, Đức, và Hoa Kỳ bắt đầu đầu tư mạnh vào năng lượng gió.
• Hiện nay, các tuabin gió đã đạt công suất trên 10 MW và đang tiếp tục phát triển.

Cuộc khủng hoảng dầu mỏ và sự phát triển của năng lượng gió

Trong suốt thế kỷ 20, việc phát hiện ra các mỏ nhiên liệu hóa thạch khổng lồ đã làm lu mờ tiềm năng của năng lượng gió. Than đá và dầu mỏ trở thành nguồn nhiên liệu chính cho một thế giới đang phát triển nhanh chóng, với Mỹ và Trung Đông dẫn đầu trong sản xuất dầu.

Quá trình công nghiệp hóa và sự phổ biến của ô tô đã định hình xã hội phương Tây, thúc đẩy nền kinh tế toàn cầu tăng trưởng mạnh mẽ cho đến những năm 1970, khi cuộc khủng hoảng dầu mỏ bùng nổ. Sự thiếu hụt nguồn cung khiến giá dầu leo thang, buộc chính phủ Mỹ phải tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế. Năng lượng gió một lần nữa thu hút sự chú ý.

Thử nghiệm của NASA

Năm 1975, NASA khởi động một chương trình thử nghiệm quy mô lớn nhằm phát triển hệ thống điện gió quy mô tiện ích tại Mỹ. Trong khoảng thời gian từ 1975 đến 1996, tổng cộng 14 tuabin đã được chế tạo và thử nghiệm tại nhiều địa điểm khác nhau. Một số tuabin trong giai đoạn này có kích thước lớn chưa từng có, điển hình là MOD-5B – lớn nhất thế giới vào thời điểm chế tạo năm 1987, với đường kính cánh quạt 100 mét và công suất 3,2 MW.

Những thử nghiệm của NASA đã cung cấp nền tảng quan trọng cho ngành công nghiệp điện gió hiện nay. Các kỹ sư đã nghiên cứu tác động của số lượng cánh quạt đến hiệu suất và độ ổn định, giúp thiết lập tiêu chuẩn ba cánh phổ biến ngày nay. Ngoài ra, NASA cũng tiên phong phát triển các công nghệ quan trọng như vật liệu composite cho cánh quạt, tháp thép dạng ống và thiết kế khí động học tiên tiến.

Tuy nhiên, đến những năm 1980, giá dầu giảm mạnh khiến năng lượng gió không còn tính kinh tế. Các tập đoàn lớn như Boeing và GE, từng hợp tác với NASA, đã rút khỏi chương trình và dừng sản xuất thương mại tuabin gió.

Trang trại gió đèo Altamont

Trước cuộc khủng hoảng dầu mỏ, chính quyền California đã đưa ra các ưu đãi thuế để thúc đẩy phát triển điện gió. Nhiều trang trại điện gió ra đời, trong đó nổi bật nhất là Trang trại gió đèo Altamont, tọa lạc tại hạt Alameda, cách San Jose vài giờ lái xe. Đây là một trong những dự án điện gió quy mô lớn đầu tiên trên thế giới, từng giữ danh hiệu trang trại gió lớn nhất cả về quy mô lẫn công suất. Ngay cả ngày nay, khu vực này vẫn có mật độ tuabin dày đặc nhất thế giới.

Ban đầu, các tuabin ở Altamont được xây dựng trên tháp dạng lưới, vô tình thu hút chim đến làm tổ, dẫn đến số lượng chim tử vong tăng cao. Điều này làm dấy lên tranh cãi về tác động của tuabin gió đối với động vật hoang dã – một vấn đề vẫn còn tồn tại đến ngày nay, ngay cả khi các tuabin cũ đã ngừng hoạt động.

Nghiên cứu ở Đan Mạch

Cùng thời điểm NASA tiến hành thử nghiệm tại Mỹ, các kỹ sư Đan Mạch cũng đang phát triển công nghệ điện gió của riêng họ. Cuối những năm 1970, người Hà Lan đã xây dựng tuabin đa megawatt đầu tiên trên thế giới – Tvindkraft – tại một trường học dành cho thanh thiếu niên gặp khó khăn. Tuabin này có công suất 2 MW và vẫn hoạt động cho đến nay.

Trong khi Mỹ bị thúc đẩy bởi giá dầu tăng cao, Đan Mạch lại quan tâm đến vấn đề môi trường. Họ tập trung vào việc sản xuất hàng loạt tuabin để nâng cao hiệu suất khí động học và tăng công suất. Chính điều này đã giúp Đan Mạch trở thành một trong những quốc gia đi đầu trong ngành công nghiệp điện gió. Những nhóm nghiên cứu ban đầu sau đó đã phát triển thành các công ty hàng đầu thế giới như Vestas và Enercon.

Kết luận

Vậy Tuabin gió được phát minh khi nào? dựa trên những cối xay gió cổ xưa, nhưng phiên bản hiện đại đầu tiên được xây dựng vào năm 1888. Kể từ đó, chúng đã trở thành nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất trên thế giới, giúp giảm khí thải carbon và đóng góp vào tương lai bền vững.