Hệ thống năng lượng gió trên không (AWES) là một công nghệ mới nhằm khai thác năng lượng sức gió. Tháp trụ và cánh quạt nặng, đắt tiền của một tuabin gió thông thường được thay thế bằng dây buộc neo nhẹ, phương tiện bay (diều khổng lồ linh hoạt hoặc máy bay không người lái lớn).
Có hai sơ đồ điện gió sử dụng phương tiện bay, sơ đồ thứ nhất là trạm nguồn mặt đất, AWES sử dụng lực căng của dây buộc để quay rotor một máy phát điện trên mặt đất.
Sơ đồ thứ 2 là trạm nguồn bay, năng lượng điện được sinh ra từ các tuabin gió trên phương tiện bay và truyền xuống trang thiết bị khai thác sử dụng điện mặt đất bằng dây dẫn.
Trong cả hai trường hợp, AWES đều có chi phí lắp đặt và vật liệu thấp, hoạt động trên độ cao lớn (trên 500m) nơi gió mạnh hơn và ít bị gián đoạn.
Những hệ thống phát điện này có ảnh hưởng đến tầm quan sát thấp, vận chuyển tương đối dễ dàng, rất phù hợp cho việc sản xuất năng lượng ở những khu vực xa xôi và và địa hình.
Nghiên cứu viên Gonzalo Sánchez Arriaga và đồng nghiệp Ramón y Cajal tại khoa Kỹ thuật sinh học và hàng không vũ trụ tại UC3M Đại học Madrid mang tên Charles III (University Charles III of Madrid) giải thích: AWES là những công nghệ điện gió đột phá, hoạt động ở độ cao lớn và tạo ra năng lượng điện với hiệu suất cao.
Những công nghệ này tích hợp các nguyên tắc của những ngành khoa học được biết rõ là ngành kỹ thuật điện và hàng không dân dụng. Bao gồm như thiết kế máy điện, aeroelasticity (sự kết hợp và tương tác giữa khí động học và các cấu trúc phi chuẩn) và điều khiển học, với các ngành mới và phi truyền thống như máy bay không người lái và động lực tether (dây neo).
Trong khuôn khổ công trình khoa học, các nhà nghiên cứu UC3M trình bày mô phỏng hệ thống điện gió bay mới cho AWES trong một bài báo khoa học được xuất bản gần đây trong tạp chí Mô hình toán học ứng dụng (Applied Mathematical Modelling).
“Chương trình mô phỏng có thể được sử dụng để nghiên cứu hoạt động của AWES, tối ưu hóa thiết kế và xác định các quỹ đạo bay để tối đa hóa năng lượng điện gió”, ông Ricardo Borobia Moreno, kỹ sư hàng không vũ trụ thuộc Lĩnh vực Cơ khí Hàng không, Viện Công nghệ Hàng không Quốc gia Tây Ban Nha ( INTA) và đang làm luận án tiến sĩ trong khoa Kỹ thuật Sinh học và Hàng không vũ trụ tại trường UC3M.
Phần mềm mô phòng, thuộc sở hữu của UC3M, được đăng ký bản quyền và có thể được tải xuống và sử dụng miễn phí cho các nhóm khác nghiên cứu.
Cùng với chương trình mô phỏng, các nhà nghiên cứu phát triển một bộ trang bị thử nghiệm bay cho AWES. Hai cánh diều được lắp đặt một số dụng cụ và những dữ liệu then chốt như vị trí và tốc độ của diều, góc mở mũi diều và bán kính elip cánh diều, độ căng của dây, được ghi lại trong nhiều lần cho diều bay thử nghiệm.
Dữ liệu thử nghiệm sau đó được sử dụng để phát triển các phần mềm công cụ khác nhau, ví dụ như chương trình mô phỏng và một phần mềm công cụ ước tính các tham số khác nhau, đặc trưng cho trạng thái của diều tại mỗi thời điểm.
Việc chuẩn bị các cuộc thử nghiệm đòi hỏi đầu tư đáng kể về thời gian, công sức và nguồn lực, nhưng hệ thống thu hút được sự quan tâm từ một số lượng lớn sinh viên Trường UC3M.
Theo Gonzalo Sánchez Arriaga, ngoài việc nghiên cứu để phát triển công nghệ điện gió mới, dự án làm phong phú thêm các hoạt động giảng dạy, nhiều người trong số họ đã thực hiện các luận án tốt nghiệp đại học và thạc sĩ bằng công nghệ AWES.
Theo Baokhoahocdoisong (6/8/2019)
