Năng lượng sóng biển: Bước đột phá mới từ công nghệ con quay hồi chuyển

Sóng đại dương là một nguồn năng lượng tái tạo dồi dào nhưng lại cực kỳ thách thức để khai thác một cách hiệu quả. Phần lớn các hệ thống phát điện hiện nay đều đối mặt với bài toán hiệu suất thấp, khi chúng chỉ có thể vận hành tối ưu trong một phạm vi điều kiện sóng rất hạn hẹp. Thực trạng này đã thúc đẩy cộng đồng khoa học không ngừng tìm kiếm những giải pháp công nghệ mang tính thích ứng cao và đa năng hơn để chuyển đổi nguồn năng lượng vô tận từ biển cả thành điện năng hữu ích.

Vào đầu năm 2026, Takahito Iida, một nhà nghiên cứu ưu tú tại Đại học Osaka, đã công bố khái niệm về Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng bằng con quay hồi chuyển (GWEC). Hệ thống đột phá này được thiết kế với mục tiêu hấp thụ năng lượng hiệu quả trên một dải tần số sóng rộng lớn, từ đó vượt qua những rào cản kỹ thuật cốt lõi vốn đang kìm hãm sự phát triển của các trạm năng lượng sóng truyền thống.

Nguyên lý vận hành của GWEC dựa trên hiện tượng vật lý tiến động của con quay hồi chuyển, được triển khai qua các bước logic sau:

• Một bánh đà quay tốc độ cao được lắp đặt trên một nền tảng nổi trên mặt nước.
• Các dao động không ngừng của nền tảng do tác động từ sóng biển sẽ tạo ra mô-men xoắn tác động lên hệ thống.
• Mô-men xoắn này buộc trục quay của bánh đà phải thực hiện chuyển động tiến động đặc trưng.
• Chính chuyển động cơ học này sẽ được dẫn động để kích hoạt máy phát điện, chuyển hóa thành điện năng phục vụ nhu cầu sử dụng.

Để chứng minh tính khả thi, Takahito Iida đã thực hiện các phân tích lý thuyết và mô phỏng số học chuyên sâu, sử dụng lý thuyết sóng tuyến tính để mô hình hóa sự tương tác phức tạp giữa môi trường nước, vật thể nổi và cơ chế con quay. Những kết quả nghiên cứu quan trọng này đã được đăng tải trên tạp chí khoa học uy tín "Journal of Fluid Mechanics", mang lại cái nhìn mới mẻ cho ngành năng lượng biển.

Dữ liệu nghiên cứu cho thấy khi được cấu hình và tinh chỉnh chính xác, GWEC có khả năng đạt đến hiệu suất chuyển đổi năng lượng tối đa theo lý thuyết là 50% trong một dải tần số sóng rất rộng. Điều đặc biệt là việc đạt được ngưỡng hiệu suất này không đòi hỏi điều kiện cộng hưởng duy nhất, giúp phương pháp tiếp cận bằng con quay hồi chuyển trở thành một giải pháp đầy triển vọng cho việc thu thập năng lượng ổn định và liên tục.

Bên cạnh đó, các mô phỏng số học cũng đã xác nhận độ tin cậy và tính ổn định cao của mô hình thiết kế, bao gồm cả việc phân tích kỹ lưỡng các phản ứng con quay hồi chuyển phi tuyến tính. Khả năng chịu đựng và duy trì hoạt động trong các điều kiện biển động phức tạp là một trong những điểm mạnh nhất giúp công nghệ này nổi bật hơn so với các đối thủ cạnh tranh trên thị trường.

Hệ thống GWEC sở hữu những lợi thế chiến lược so với các giải pháp hiện hành nhờ khả năng duy trì mức độ hấp thụ năng lượng cao ngay cả khi điều kiện sóng thay đổi liên tục – một đặc điểm tối quan trọng trong môi trường biển vốn dĩ rất khó lường. Thêm vào đó, cấu trúc của GWEC hoàn toàn độc lập và tự chủ, khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng để tích hợp làm hệ thống phát điện trực tiếp trên các tàu thuyền, giúp giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Osaka hiện đang tập trung vào lộ trình triển khai thực tế với các kế hoạch cụ thể:

• Chế tạo một nguyên mẫu thử nghiệm thu nhỏ có kích thước 50 cm để tiến hành các bài kiểm tra trong bể chứa tiêu chuẩn dài 100 cm.
• Phát triển và hoàn thiện một máy phát điện công suất 300 kW, được thiết kế đặc biệt để cung cấp nguồn điện bổ sung cho các loại tàu thương mại quy mô lớn.

Nghiên cứu của Iida không chỉ dừng lại ở mức độ thử nghiệm mà còn cung cấp các dữ liệu thiết kế nền tảng để định vị năng lượng biển như một thành phần chiến lược trong danh mục năng lượng tái tạo. Điều này càng trở nên cấp thiết khi thị trường năng lượng sạch toàn cầu đang chứng kiến sự bùng nổ mạnh mẽ, với quy mô đạt tới 1,77 nghìn tỷ đô la Mỹ vào năm 2024.

Điểm khác biệt lớn nhất của GWEC so với các thiết bị chuyển đổi khác, chẳng hạn như bộ hấp thụ điểm hay cột nước dao động, chính là tính bền bỉ của cấu trúc. Tất cả các thành phần cơ điện quan trọng, bao gồm cả máy phát điện, đều được bảo vệ nghiêm ngặt bên trong lớp vỏ kín của thiết bị. Thiết kế thông minh này giúp loại bỏ các rủi ro trực tiếp từ nước mặn ăn mòn và giảm thiểu hao mòn cơ học, đảm bảo hệ thống vận hành ổn định trong thời gian dài giữa lòng đại dương.