Phạm Phú Uynh
Phó Viện trưởng Viện KHCN và Đào tạo OMEG
Ủy viên Ban KHCN của Tổng Hội Cơ khí Việt Nam
1– ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, thủy điện đã được khai thác tối đa và bộc lộ nhược điểm ô nhiễm môi trường sinh thái rộng lớn, cộng với nạn tàn phá rừng tràn lan gây hậu quả lũ lụt nghiêm trọng. Về nhiệt điện, năng lượng hóa thạch như than đá, dầu mỏ, khí đốt cũng dần dần cạn kiệt. Loài người đứng trước nguy cơ sẽ lâm vào cuộc khủng hoảng năng lượng nghiêm trọng. Hơn nữa, khi sử dụng một triệu tấn than đá, sẽ đốt cháy hơn 2 triệu tấn ôxy, thải ra 3 triệu tấn bụi, trong đó khoảng 2 triệu tấn CO2. Mặt khác, để đối phó biến đổi khí hậu do Liên Hiệp Quốc phát động, việc bảo vệ môi trường, tránh thảm họa hạt nhân, giảm thiểu gây hiệu ứng nhà kính, nhiều nước đua nhau phát triển năng lượng gió một cách mạnh mẽ, vì cho rằng: “Gió là năng lượng của quá khứ và tương lai – của thế kỷ XIX và XXI”.
Gió là nguồn năng lượng sạch, tiềm tàng vô tận, là tài nguyên kho báu quốc gia,là nguồn lợi kinh tế to lớn. Nếu khai thác 10% của năng lượng gió cũng đủ dùng cho toàn thế giới. Tuy nhiên, khai thác nguồn năng lượng này không dễ. Thiết bị khai thác năng lượng gió đầu tiên được phát minh ở Trung Cận Đông,ở vùng Lưỡng Hà đầy nắng giótừ thế kỷ XVII. Đó là những Tuabin gió trục ngang (horizontal Axis) nhiều cánh làm từ lá cọ để xay ngủ cốc, bơm nước tưới cây. Khi máy hơi nước chưa ra đời, tuabin gió phát triển rất mạnh mẽ ở thế kỷ XIX,đặc biệt ở Tây Âu và Mỹ dưới dạng cối xay gió (ở Tây Âu có 1,5 triệu và ở Mỹ có 6 triệu cối xay gió). Khi các động cơ đốt trong xuất hiện, nhiệt điện, thủy điện ra đời thì năng lượng gió bị lãng quên.
Từ sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ ở Trung Đông các năm 1971-1973, năng lượng gió mới bắt đầu được khởi động trở lại. Đi đầu là CHLB Đức đã chế tạo rất nhiều tuabin gió. Điển hình là tuabin gió lớn nhất thế giới ởGROVIAN,năm 1978, cao 102m, sải cánh dài 50m, diện tích mỗi cánh 150 mét vuông, trọng lượng 13 tấn/cánh, tỷ lệ truyền: 86, vận tốc có thể đạt 18,5 v/p, công suất 3 MW; năm 1985 tuabinnày bị đổ. Song cuộc cách mạng về năng lượng gió của Đức vẫn trên đà phát triển từ năm 1991 vàđến năm 1994 mới đạt được công nghệ tiên tiến, được Chính phủ Đức thông qua có hiệu lực tháng 4/2000.
2- TÌNH HÌNH KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG GIÓ Ở VIỆT NAM
Việt Namở Đông Nam Á, có ưu thế bờ biển dài hơn 3260 km, hàng ngàn đảo lớn nhỏ, núi cao,có gió mạnh quanh năm với nhiều hướng gió. WORLDBANK đã khảo sát và đánh giá cao tiềm năng năng lượng gió ở Việt nam hơn các nước lân cận…
Từ năm 1960, dưới ánh sáng của Nghị quyết Đại hội Đảng III về đẩy mạnh công nghiệp hoá, các cơ quan, đơn vị, trường học, quân đội… đã chế tạo hàng vạn tuabin gió, chép nguyên xi mẫu từ nước ngoài,song đều bị gãy cánh gãy đuôi lái hết, không có cái nào có cánh dài quá 3m, đạt công suất vàikW vàtồn tại quá vài năm.Để đối phó với khủng hoảng năng lượng đang đến gần và sự thiếu hụt năng lượng phải nhập từnước ngoài, Chính phủ đã ra Quyết định số 1855/QĐ-TTg ngày 27-12-2007 về “Phê duyệt Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo quốc gia của Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn 2050” và Quyết định số 1539/QĐ-TTg ngày 30-8-2014 về “Quy hoạch phát triển năng lượng gió Việt Nam”, nên đã có 51 nhà đầu tưnhận giáy phép dự án phát triển năng lượng gió nhập khẩu công nghệ cao, nhưng rồi nhiều chủ đầu tư bỏ chạy, chỉ còn lại ở ba nơi, gồm Bình Thuận, Bạc Liêu, đảo Phú Quý đang dở dang dự án vì giá quá đắt, hiệu quả kinh tế thấp. Đại học Bách khoa Tp HCM đã chế tạo hàng ngàn tuabin gió trục ngang, trục đứng, copy từ nước ngoài, rồi cũng dừng bước trong bế tắc. Đại học Bách khoa Hà Nội đã chế tạo tuabin gió trục đứng nhưng không chạy được (1980). Gần đây, Đại học này được tài trợ nhiều tỷ đồng chế tạo hai tuabin gió loại nhỏ, được các Hội đồng khoa học đánh giá cao, nhưng kết thúc trong im lặng, một cái bị sét đánh, cái kia không sử dụng được, nguyên do vì copy từ nước ngoài không có sáng chế mới hữu hiệu. Nay ta nhập khẩu nhiều tuabin gió siêu trường, siêu trọng được lắp đặt nhiều nơi ở Tây Nguyên, Quảng Trị, Cà Mau, Ninh Thuận… Có tuabin gió cao 105m, cánh dài 72m, mỗi cánh nặng 22 tấn, tiền đầu tư 100-115 tỷ/tuabin ở Bình Định và định kế hoạch khai thác năng lượng gió xa bờ với tiềm năng rất lớn. Các nhà đầu tư đang tràn đầy hy vọng, nhưng liệu kết quả có như mong muốn không? Nếu bỏ ra 100 triệu USD, mà mỗi năm bán điện thu về vài triệu USD tiền lãi thì bao giờ thu hồi vốn? Đã có bài tính toán kinh tế điện gió ở các giai đoạn I và II của Bạc Liêu sau 140 năm mới thu hồi vốn, giai đoạn III sau 78 năm thu hồi vốn; ở Tuy Phong, Bình Thuận sau 30 năm mới thu hồi vốn, Đảo Phú Quý 16 năm mới thu hồi vốn, Ở Hương Linh, Quảng Trị sau 12 năm mới thu hồi vốn (có bài tính kinh tế kèm theo), vì muốn có một MW điện phải tốn kém hàng trăm tấn vật liệu, chuyên chở, lắp đặt rất khó khăn… Tuy nhiên, sau này tình hình có thể khá hơn.
3-THỰC TRẠNG TUABIN GIÓ BỊ THỔI PHỒNG CÔNG SUẤT
Thiết bị khai thác năng lượng gió của Đức, của các nước trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay đều sử dụng Tuabin gió trục ngang theo nguyên lý chong chóng có rất nhiều nhược điểm không thể khắc phục được, nhưng vì chưa tìm được sáng chế mới hữu hiệu hơn thay thế, nên nó được ứng dụng rộng rãi khắp thế giới. Tất cả đềuđược tính toán thổi phồng công suất lên nhiều lần để quáng cáo bán hàng, trái với công suất đích thực của nó (Số liệu tính toán được ghi dưới các sơ đồ, đồ thị ít ai chú ý).
Một số nơi ở nước ta chế tạo tuabin gió có công suất chỉ vài W, nói phóng đại với khách hàng là vài trăm W, hay vài trăm W nói phóng đại vài kW (Một tuabin 5 cánh đặt trên nhà cao ở Hà nội, gió mùa Đông Bắc tốc độ khoảng 12-13 m/s chạy khá nhanh, người ta giới thiệu công suất hàng trăm W, khi đo thấy đạt 54 V và 0,1 A, công suất thực chỉ 5,4W). Một số tuabin gió nhập từ nước ngoài ở gió tiêu chuẩn 12m/s công suất đích thực chỉ khoảng hơn 150 kW, nhưng công bố MW này MW nọ để quảng cáo, nên thực tế giá rất đắt làm một số nhà đầu tư chùn bước, vì họ không tìm được chuyên môn tính toán…
Sai lầm của những nhà chế tạo tuabin gió hiện naylà họ chỉlưu ý chiều dài cánh, quan niệm diện tích vòng tròn bánh gió càng to, càng thu nhiều năng lượng, nên kéo dài cánh ra, không thấy được một mét vuông cánh dù đặt ở đâu cũng đạt một công suất như nhau; nếu đặt gần trục, tuabinquay rất nhanh; đặt xa trục, tuabinquay rất chậm, nhưng tổng moment động không thay đổi. Song, người ta lại cho rằng cánh dài công suất cao hơn, hiệu suất tốt hơn cánh ngắn, mà bỏ qua lực cản, vì cánh dài lực cản càng lớn. Nhận thức đó không thể hiện hết các yếu tố vật lý của tuabin gió như: diện tích cánh, góc nghiêng tối ưu của cánh, sức cản của không khí khi cánh quay, luồng không khí thoát sau cánh gây trì hoản tốc độ, cánh gió nặng hàng tấn ngấm nhiều năng lượng,nên gió nhỏ không khởi động được (Ví như một tảng đá nặng 1 tạ đặt lên bụng, hai người dùng búa tạ nện nó vỡ toang mà bụng không vỡ, vì tảng đá chỉ chuyển động vài mm, tính theo động năng E=1/2 mv2)…
4- TRANH LUẬN VỀ TÍNH TOÁN THỔI PHỒNG CÔNG SUẤT TUABIN GIÓ
Năm 2006, một số Giáo sư từ CHLB Đức thay nhau giảng về các dạng năng lượng: thủy điện, nhiệt điện, năng lượng gió, mặt trời…ở Trung tâm Việt – Đức, Đại học Bách khoa Hà Nội kéo dài hai tháng. Kết thúc, mỗi người đưa ra một tiểu luận. Có nhà khoa học chọn chủ đề: “Phản bác tính toán toàn bộ lưu lượng gió qua vòng tròn bánh gió đều sinh ra công đã thổi phồng công suất lên nhiều lần”,trở thành một cuộc tranh luận rất sôi nổi – có thể tóm tắt như sau:
Khi tác giả mới trình bày đề ánđã bị một tiến sĩ phản bác: “Tính toán như thế là đúng”. Tác giả đáp: “Nếu thế, không cần chế tạotuabin gió nhiều cánh làm gì thêm tốn kém, mà chỉ chế tạo một hoặc hai cánh, miễn là tạo ra vòng tròn bánh gió lớn để công suất lớn. Không cần chế tạo cánh nặng 13 tấn như ở GROVIAN, hay 7 tấn của Führländer, mà chỉ cần chế tạo cánh 10 Kg, dài 10 m, rồi kéo dài ra 10 lần, diện tích bánh gió sẽ là 10.000 m2, công suất sẽ tăng gấp 100 lần, kéo dài 100 lần, diện tích bánh gió sẽ là 1.000000 m2 và công suất tăng 10.000 lần được chăng?”.Ý kiến khác giải thích:
– “Thế giới tính toán vậy, phải làm theo, ta không thể hơn thế giới được”.
– “Điều đó trái với lý thuyết thủy khí động học của Albert Betz năm 1926: “Chỉ có gió tác động vào cánh gây trì hoản tốc độ mới sinh ra công”. Những tuabin gió cỡ lớn chạy chậm từ 5 đến 15v/p, phần lớn lưu lượng gió xuyên qua vòng tròn bánh gió không chạm vào cánh, không thể sinh ra công, mà lại tính gộp vào để thổi phồng công suất lên nhiều lần có phi lý không?…
Ông Tiến sỹ không nói được gì thêm. Nhà khoa học nói tiếp:
– Nếu tính công suất của một tuabin gió chỉ căn cứ chiều dài của cánh, để tăng diện tích vòng tròn bánh gió, bỏ qua hàng loạt các đặc tính vật lý khác như: góc nghiêng của cánh, diện tích tổng các cánh, trọng lượng của cánh, gió cản khi cánh quay, cánh càng dài lực cản càng lớn, nên góc nghiêng ở cuối cánh càng lớn để giảm cản… Vậy tính toán trên có đơn điệu không?
Cả phòng họp im lặng. Không ai đưa ra ý kiến trái ngược.
Cuộc thảo luận kéo dài cả buổi sáng. GS Đức và học viên đều hết ý kiến trái ngược, im lặng thừa nhận ý kiến tác giả là không sai.
Có lần khác, khi thăm một gian hàng có mô hình tuabin gió 3 cánh của nước ngoài ở Hội chợ quốc tế Giảng Võ, Hà Nội, khách hàng chào chủ cửa hàng và hỏi:
– “Thưa Ngài, Ngài giới thiệu tuabin gió này công suất bao nhiêu?
– “Dạ thưa: 1,3 MW”.
– “Ngài có thể nhầm đấy sao?Một Tuabin nhỏ xíu như thế này mà công suất 1300kWsao?Nó cao bao nhiêu? Diện tích mỗi cánh bao nhiêu?”
– “Diện tích cánh hơn 2000 mét vuông”.
-“Ngài lại nhầm nữa rồi?Cánh nhỏ thế này mà hơn 2000 mét vuông sao?”.
– “Nghĩa là diện tích cánh quét, diện tích bánh gió hơn 2000 mét vuông”.
– “Tôi chỉ hỏi diện tích mỗi cánh. Ngài lại nhầm to nữa. Sao lại không tính tổng diện tích cánh gió, mà tính vòng tròn bánh gió?Nếu không cần tính diện tích, góc nghiêng của cánh, thì ta chỉ cần chế tạo một cánh nho nhỏ dài 10 m, kéo dài ra 10 lần, diện tích bánh gió tăng lên 10.000 lần và công suất cũng tăng 100 lần như thế.Nếu kéo dài cánh 100 lần, diện tích bánh gió tăng 1.000000 lần và công suất sẽ tăng 10.000 lần được sao?
– “Chúng tôi chỉ quen tính thế. Diện tích cánh bao nhiêu tôi không biết. Các nhà thiết kế mới nắm chắc”.
– “Như thế là trái với lý thuyết thủy khí động học của Albert Betz rồi: “Chỉ có gió tác động vào cánh gây trì hoản tốc độ mới sinh ra công”. Những Tuabin gió cỡ lớn chạy rất chậm, gió luồn qua bánh gió không chạm vào cánh không sinh ra công, sao lại tính nó? Công suất của Tuabin gió tỷ lệ thuận với tổng diện tích cánh gió, không liên quan gì diện tích bánh gió”.
– “Tôi không biết Ngài học ngành gì mà kiến thức tường tận đến thế?”
– “Tôi học Technical Design ở Đức, nghiên cứu, thí nghiệm các loại Tuabin gió đã hơn 40 năm”.
Thế là cuộc tranh luận tự kết thúc, chuyển sang nói chuyện hữu nghị.
Năm 2016, sau khi hội thảo 5 ngày tại khách sạn Caravele, Quận 1, Tp HCM, do tập đoàn năng lượng gió Đức tổ chức, tất cả kéo nhau ra dự hội thảo năng lượng gió quốc tế ở Tuy Phong, Bình Thuận, lúc đó gió rất mạnh và đang lắp đặt thêm tuabin gió. Tham dự có 5 đại diện Tập đoàn năng lượng gió của Tây Ban Nha, Pháp, Đức, Đan Mạch, Nhật Bản và nhiều nhà khoa học Việt Nam. Tại đó, ý kiến tác giả làm rung động hội thảo. Sau khi một diễn giả lên trình bày năng lượng gió, tác giả hỏi và diễn giả trả lời – cũng cho kết quả tương tự.
5- PHẢN BÁC TÍNH TOÁN THỔI PHỒNG CÔNG SUẤT TUABIN GIÓ
Qua ba cuộc tranh luận trên là những ví dụ về tính toán diện tích đón gióđã bộc lộ thổi phồng công suất của Tuabin gió trục ngang lên nhiều lần của thế giới.Tất cả các tác giả có hàng vạn cuốn sách, tư liệu xuất bản trên thế giới, các giáo sư ở các trường đại học, các nhà chế tạo Tuabin gió, trên mạng đều công bố tính toán toàn bộ lưu lượng gió đi qua vòng tròn bánh gió (diện tích πR2) đều sinh ra công đã nâng công suất ảo lên hàng chục lần rất phi lý. Thậm chí, một kỹ sư đã chếtạo hàng ngàn tuabin gió còn nói quá lời: “Công suất Tuabin gió tỷ lệ thuận với bình phương đường kính bánh gió”đã bị một nhà khoa học phản bác tính toán thổi phồng công suất quá đáng đó, vì công suất tuabin gió tỷ lệ thuận với bình phương bán kính bánh gió (R2) đã phi lý rồi, việc tỷ lệ thuận với bình phương đường kính bánh gió (2R)2 lại thổi phông công suất lên nhiều lần phi lý hơn.
5.1- Lý thuyết thủy khí động học của Albert Betz
Albert Betz và nhiều nhà khoa học trên thế giới dựa vào lý thuyết động năng của Newton:E = 1/2mv2 để tính toán năng lượng gió và công suất của tuabin gió.
Betz quan niệm gió là một vật thể không khí dù nhỏ bao nhiêu như một phân tử khi chuyển động đều sản sinh ra một năng lượng. Ông giả định một luồng gió thổi vào một ống nghiệm, trong ống có một thiết bị thu năng lượng (Hình 1). Hình 2 mô phỏng áp lực gió lên thiết bị. Ông tính toán công suất đầu vào trừ đi công suất đầu ra N = N1 –N2 = m (v12 – v22) = N = ƒSv(v12 – v22) (w), công suất thu được tối đa của năng lượng gió =16/27=0,593. (Vấn đề này chứng minh, công bố trên Tạp chí Giao thông vận tải năm 1993).
5.2- Công thức tính toán công suất tuabin gió trục ngang của Betz: Từ công thức tính động năng của Newton chuyển hóa sang tính toán công suất năng lượng gió, tóm tắt như sau:
E = 1/2 mv2. (1)
E là công suất.(w).
m là khối lượng không khí.(kg).
v là tốc độ gió.(m/s).
m = ƒ.v.S. (2)
Do đó công suất cơ bản tính năng lượng gió là:
E = 1/2 ƒv3S. (3)
ƒ là khối lượng riêng không khí.(= 1,23kg/m3).
S là diện tích vòng tròn bánh gió(πR2).(m2).
Công thức tính toán công suất đối vớituabin gió trục ngang như sau:
E = 1/2.1,23. Cx. v3. S.(W).(4)
Cx là hệ số cản. (từ0,2 đến 0,7 theoDr. Ernst Estal).
5.3- Sự bất hợp lý tính toán thổi phồng công suất tuabin gió
Để làm sáng tỏ sự bất hợp lý tính toán toàn bộ lưu lượng gió đi qua vòng tròn bánh gió đã thổi phồng công suất lên nhiều lần thể hiện ở ví dụ sau: một tuabin gió 3 cánh, mỗi cánh dài 40 m, diện tích 60 m2/cánh. Theo công thức (4) nói trên: Nếu tính tổng diện tích cánh S = 60 m2 x 3=180 m2 (vì cánh nghiêng nên thực tế diện tích đón gió chỉ ≈90 m2). Nếu tính diện tích vòng tròn bánh gió S = π. 402= 5024 m2. Nếu đem kết quả này so sánh: 5024/180= 27,9. Như vậy công suất đã bị thổi phồng lên 27,9 lần ~ 2790% rất phi lý. Nếu đem chia 5024/90= 55, 8 lần = 5580% so với công suất thực của nó còn phi lý hơn. Một ví dụ khác: một tuabin gió trục ngang có 2 cánh, mối cánh dài 50m, rộng 80 m2. Nếu tính tổng diện tích cánh S= 80×2=160 m2. Nếu tính diện tích vòng tròn bánh gió S= 50x50x3,14= 7850 m2. Nếu chia 7850/160 = 49,0625. Nghĩa là công suất đã thổi phồng 49 lần, 4900% rất phi lý.Tuabin gió hiện nay đã cắt giảm công suất nhiều, nhưng công suất ảo vẫn cònquá lớn…
Công thức tính công suất nói trên rất bất hợp lý, chỉ chú ý đến chiều dài của cánh, vòng tròn bánh gió, nên xa rời thực tế, vì bỏ qua nhiều yếu tố vật lý quan trọng, đặc biệt là tổng diện tích các cánh, góc nghiêng tối ưu cả các cánh, hình dáng cánh, trọng lượng của cánh, sức cản của gió gây trì hoãn tốc độ… Công thức đúng phải là:
E = 1/2.1,23. Cx. v3. Fc. (W). (5)
Fc = Fsinα = tổng diện tích đón gió (m2).
F= Tổng diện tích các cánh (m2)
α là góc tạo bởi hướng gió và mặt phắng cánh (độ)
Như vậy công suất của turbin gió được tính:
E = 1/2 .1,23. Cx. v3. F sinα. (w).(6)
Nếu tính chi ly hơn nữa, công thức tính tuabin gió trục ngang sẽ là:
E = 1/2 .1,23. Cx. v3. F sin2α.cosα. (7)
Như thế tính toán năng lượng gió trong ống nghiệm và trong thực tế hoàn toàn khác nhau. Trước đây, nhiều người có ảo tưởng: “Những tuabin gió cỡ lớn đều đạt tốc độ hàng trăm v/p”. Ngay một GS.TSKH khi nghe kể về tuabin gió ở GROVIAN cánh dài 50 m nói trên có thể đạt tốc độ 18,5v/p, liền nói: “Nó có thể chạy vài trăm v/p”(1985). Người kể bác bỏ, khẳng định: “Không thể đạt được, vì nếu quay 100 v/p thì tốc độ vòng ngoài đạt 100 x π x 50 x 2 = 31400 m/p = 523m/s, vượt tốc độâm thanh. Nếu chỉ quay 30 v/p thì tốc độ vòng ngoài đạt 30 x π x 50 x 2 =9420 m/p=157m/s, lực cản quá lớn, tuabin gió không thể chạy được”.Nay thực tế đã nhìn thấy trên màn hình Tivi:tuabin gió cỡ lớn chỉ quay từ 5 đến 15 v/p…
Không thể bệ nguyên xi kết quả tính toán trong ống nghiệm để áp dụng chung chung cho tuabin gió hoạt động trong không gian rộng mở được. Những tuabin gió nhiều cánh đến nỗi diện tích cánh gần che lấp vòng tròn bánh gió, hoặc những tuabin gió cánh ngắn, chạy rất nhanh hàng trăm vòng/ phút cũng không thể tính toán công suất của toàn bộ lưu lượng gió đi qua vòng tròn bánh gió được. Mỗi loại tuabin gió có đặc tính khác nhau, không thể tính toán như nhau.
Tính toán công suất tuabin gió trục ngang (horizontal axis)phải căn cứ nhiều yếu tố vật lý của nó như: diện tích, góc nghiêng tối ưu của cánh, vật liệu chế tạo, độ nhám của cánh, sức cản của không khí, áp suất không khí gây trì hoãn tốc độ sau cánh, trọng lượng cánh…,không nên căn cứ độ dài của cánh, vì vòng tròn bánh gió không liên quan gì đến công suất. Độ dài của cánh còn bất lợi là sức cản rất lớn, nên người thiết kế cánh nhỏ dần đến mút cánh và góc nghiêng ở đầu mút cánh rất lớn để giảm cản khi quay, nhưng lực hữu ích bị thu hẹp, lực bẻ cánh lớn.
Chúng ta không nên ngạc nhiên thấy các cối xay gió ở Đan Mạch, Đức… người ta đục nhiều lỗ trên cánh để giảm cản, vì khi quay các cánh dài tạo ra luồng gió cản rất mạnh với tốc độ gấp 3, gấp 5 lần tốc độ gió tác động.
5.4- Sự phản ứng của một số nhà khoa học đối với lý thuyết của tác giả
Trong lĩnh vực năng lượng, khi chưa nghiên cứu sâu, nhiều nhà khoa học vẫn tin: “công suất được công bố của các tuabin gió trên thế giới về tính toàn bộ lưu lượng gió đi qua vòng tròn bánh gió đều sinh ra cônghiện nay là không sai”, “trong giao dịch thương mại con số, số liệu phải chính xác để có niềm tin khách hàng”. Những nhà kinh doanh tuabin gió khi bị chất vấn “tính toán gian dối thổi phồng công suất tuabin gió”, họ giẫy nẩy: “Sao lại gian dối công suất?Chúng tôi không gian dối, chế tạo đúng theo tính toán, thiết kế của các nhà khoa học”. Những bản vẽ, sơ đồ, đồ thị được công bố trong các tài liệu, ghi rõ sự thậttheo“số liệu tính toán”. Gần đây người ta công bố về cài đặt gian dối phần mềm khí thải ô tô Volkswagen của Đức, bị phạt 18 tỷ USD, nên chưa ai có thể khẳng định: “Trong tuabin gió cở lớn, không cài đặt gian dối phần mền tính toán thổi phồng công suất?”.
Ở Việt Nam, khi nghe nói: “Phản bác tính toán thổi phồng công suất tuabin gió của thế giới”, một GS.TSKH không tin, bỉu môi,chế diễu. Một nhà khoa họckhác có chức vụ cao,rất năng nổ trong khoa học, khẳng định: “Không thể tin được! Không thể có sự gian dối tính toán thổi phồng công suất tuabin gió!Không thể có sự thiếu trung thực trong khoa học mà thế giới để yên…
Trái với ý kiến nói trên, GS, Viện sỹ, nguyên Viên trưởng Viện Hà lâm KHCN Việt Nam nhắn tin và nói với tác giả Phạm Phú Uynh: “Tôi đã đọc kỷ bài anh viết và tin anh hoàn toàn đúng”, năm 2018. Sau đó, tác giả gửi hơn 40 trang dự án về khai thác năng lượng thuỷ triều, sóng biển, dòng hải lưu. GS hứa sẽ gặp tác giả để “trao đổi về lĩnh vực này”, năm 2018…Tranh luận là quyền tự do của mỗi người. Càng tranh luận càng làm sáng tỏ trong khoa học.
Điều tồi tệ hiện nay là nhiều nhà khoa học, thậm chí nhiều hội đồng khoa học né tránh, không muốn công nhận sự thật, bảo vệ chân lý, vì thiếu trung thực trong khoa học, nên không dám trả lời đúng sự thật, hay trả lời vòng vo.
Điều hết sức nghiêm trọng là hiện nay hàng triệu khách hàng trên thế giới đã bị lừà hàng tỷ USD vì mua hàng triệu tuabin gió do tính toán thổi phồng công suất đội giá lên hàng chục lần, nên giá rất cao.
5.5- Tính toán thổi phồng công suất đối với tuabin gió trục đứng
Về tính toán công suất tuabin gió trục đứng, người ta tính theo công thức:
E = 0,18 x ƒ x v3 x S = 0,18 x ƒ x v3 x HD.
Trong đó: Hệ số 0,18 là lấy hiệu suất tuabin gió kỹ sư người Phần LanSavonnius.
ƒlà khối lượng riêng không khí kg/m3).
V là tốc độ gió m/s).
S= H.D (m2)= diện tích toàn bộ lưu lượng gió tác động vào tuabin. Trong đó H = chiều cao tuabin, D=chiều rộng tuabin. Tính H.D vậy đã đội công suất lên nhiều lần, vì lực gió cản cũng được tinh như lực gió tác động.Lẽ ra tính lực tác dụng trừ đi lực phản tác dụng mới chính xác. Ở đây tính gộp với nhau, biến cái thất thiệt thành thứ thiệt, cái sai thành cái đúng rất phi lý.
Mặt khác, không thể tính chung công thức trên cho tất cả các loại tuabin gió trục đứng, vì nó đa dạng, nhiều hình, nhiều vẽ, nhiều loại rất khác nhau. Nếu giống nhau thì không nơi nào cấp bằng sáng chế. Dưới đây là hình ảnh hàng loạt sáng chế tuabin gió trục đứng:
Chỉ qua hính ảnh các loại tuabin gió trục đứng khác nhau của thế giới nói trên, điển hình là loại tuabin gió trục đứngSavonius do kỹ sư người Phần Lan Sigurd Johanes Savonius sáng chế năm 1922 và loại Darrieus do kỹ sư khí động học người Pháp Georges Jean Marie Darrieus sáng chế năm 1931, đã bị biến nhiều hình dạng. Nếu ai biết phân tích, lý giải, tính toán…,dù người kém hiểu biết về năng lượng gió cũng nhìn thấy hiệu suất rất thấp, vì lực cản gần bằng lực tác dụng. Một bên rotor cánh đón gió, bên kia cánh lại cản, nhưng do cánh uốn cong đã giảm cản đôi chút, nên gió chiều nào nó cũng quay, nhưng hiệu suất kém. Mặt khác, trong một chu kỳ quay cánh chỉ đón gió tốt ở góc 900, phần lớn còn lại là cản, nên hiệu suất rất thấp.
Thế mà người ta tính gộp toàn bộ lưu lượng gió tác động vào tuabin (diện tích H.D ở trên) đều sinh ra công, đã thổi phồng công suất lên nhiều lần.
Về giải pháp, tác giả muốn hợp tác với các nhà đầu tư để chế tạo “Tuabine gió trục đứng đệm từ theo nguyên lý cản cánh buồm DRD3n.HTHG4m” theo sáng chế 9561 của tác giả sẽ rẻ hơn các tuabine gió hiện nay trên thế giới từ 10 đến 20 lần, nếu đưa vào dây chuyên công nghiệp sản xuất hàng loạt (Đệm từ được hiểu là hai bánh nam châm đặt ngược chiều, đẩy nhau nâng toàn bộ trọng lượng tuabin gió, nên quay rất nhẹ, vì ma sát bằng 0).
6- KẾT LUẬN:
Gió là năng lượng thiên nhiên tiềm tàng vô tận, là một nguồn lợi kinh tế to lớn, nhưng khai thác năng lượng này còn lắm nan giải. Đến nay đã có hàng chục triệu tuabin gió trục ngang và hàng trăm sáng chế mới về tuabin gió trục đứng, nhưng đều tính toán thổi phồng công suất tăng lên hàng chục lần so với công suất đích thực của nó. Sai lầm nghiêm trọng của nhiều tác giả, nhà nghiên cứu, chế tạo tuabin gió chỉ quan tâm đến diện tích bánh gió, bỏ qua hàng loạt yếu tố vật lý của tuabin như: Diện tích cánh gió, góc nghiêng tối ưu của cánh, độ suy giảm vận tốc do lực cản của không khí, sự trì hoản tốc độ do gió quẩn phia sau cánh, cánh nghiêng gió bị trượt nhiều, phía sau cánh còn nhiều năng lượng không tiêu thụ hết; đối với cánh to nặng hàng tấn năng lượng ngấm vào, nên gió nhỏ không khới động được, gió ngược chiều gây cản trở làm giảm tốc độ cũng được tính gộp vào để tăng công suất phi lý…
Để đóng góp cho khoa học trong lĩnh vực năng lượng gió, tôi đề nghị các nhà khoa học, các hội đồng khoa học hãy “vào cuộc”, có văn bản thẩm định, đánh giá cụ thể mỗi khi có phát minh, sáng kiến sáng chế hoặc nhập khẩu tuabin gió. Thiết nghĩ nên có các cuộc hội thảo bàn về tính công suất của turbin gió.
Tài liệu tham khảo:Tư liệu các hình ảnh dẫn chứng ở trên lấy từ trên mạng, các sách:
- Das Grundwissen des Inenieurs VEB Fachverlag Leipzig 1964.
- Das Fachwissen des Ingenieurs Band 1-2. VEB Verlang leipzing 1965.
3- Argyris, John H. Lastwechselzahlen unnd Materialwerte für die Auslegung einer Windturbine spezieller Nabenkonstruktion. Stuttgart:Inst für Statik u. Dynamik der Luft und Raumfahrtkonstruktion Univ. Stuttgart 1979.
4- Betz Albert: Windenergie und ihre Ausnutzung durch Windmühlen Greckenstein. Ökonomische Buchverlag 1982.
5- Phan Mỹ Tiên: Phân bổ năng lượng gió trên lãnh thổ Việt Nam –
Tổng cục Khí tượng thủy văn- Đề tài cấp Nhà nước.
6- Hays Denis : Antinative Energie. 2. Auflage -Hamburg Hoffman u. Campe 1970
7- Energie für Morgen- Umschau Verlag 1976 Frankfurt/Main
8- Entwicklung eines Windenergiekonverter mit Vertikal Drehachse (Phase II). Fach informationszentrum Energie, Physik, Mathematik. Kern Forschung zentrum 1979 (BMFT).
9- Entwicklung einer Windkraftanlage mit vertikaler Achse (Phase I). Dornier System GmbH Fachbereich Mathematik Friefrichshofen Verl. Hermann Bandwitz 1976.
10- Jens Peter Molly: Windenergie in Theorie u. Praxis . Verlag CF Müller Karlruhe 1978.
11- Körber Fridrich: Baumreife Unterlagen für groβe Windenergieanlagen Growian. Bundesministerium für Forschung u. Technologie.
12- Phạm Phú Uynh: So sánh năng lượng gió thu được tối đa giữa rotor gió trục ngang và trục đứng theo nguyên lý cản cánh buồm- (T/C: Giao thông Vận tải 6-1993 ).
13- Phạm Phú Uynh: Quan niệm “Nhanh“, „Chậm“ của Tuabine gió trục ngang (T/C: Năng lượng – Bộ Năng lượng 1993).
14- Phạm Phú Uynh: Góc nghiêng tối ưu của cánh gió động cơ gió trục ngang (T/C: Giao thông Vận tải. 1994)
Để lại một phản hồi