Trong nỗ lực chuyển đổi khỏi nhiên liệu hóa thạch, nhiều nguồn năng lượng tái tạo đã được khai thác như năng lượng gió, năng lượng mặt trời. Nhưng các nguồn năng lượng này phần lớn không liên tục, chỉ xảy ra vào những thời điểm nhất định trong ngày. Trong khi đó, năng lượng sóng được xem là nguồn năng lượng liên tục hoặc ít nhất là khả năng dự đoán được rất cao.
Sóng biển là một trong những nguồn năng lượng tái tạo dồi dào và dễ dự đoán nhất. Tuy nhiên, việc khai thác hiệu quả sức mạnh của chúng vẫn là thách thức lớn. Hầu hết thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng truyền thống, thường chỉ hoạt động hiệu quả trong phạm vi hẹp của điều kiện sóng, cho thấy cần thiết có các bộ chuyển đổi tiên tiến, mang tính đột phá hơn.
Mới đây, các nhà nghiên cứu từ Đại học Osaka, Nhật Bản đã chỉ ra mô hình mới, được gọi là bộ chuyển đổi năng lượng sóng bằng con quay hồi chuyển (GWEC). Thiết bị này được chứng minh là có khả năng hấp thụ tới một nửa năng lượng sóng đến, trên dải tần số rộng, nghĩa là nó có thể đạt hiệu suất tối đa về mặt lý thuyết. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Fluid Mechanics.
Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng bằng con quay hồi chuyển (GWEC) có khả năng tạo ra điện, bằng cách sử dụng chuyển động phức tạp của một bánh đà quay được gắn bên trong một cấu trúc nổi. Hệ thống bánh đà hồi chuyển này, có thể điều chỉnh để hấp thụ năng lượng hiệu quả trên một dải tần số sóng rộng.
Mấu chốt của việc hấp thụ năng lượng nằm ở chuyển động của con quay hồi chuyển, tức là chuyển động xảy ra khi vật thể quay chịu tác động của một lực bên ngoài. Khi sóng làm cho cấu trúc nổi lắc lư (lên xuống), bánh đà quay sẽ phản ứng bằng cách quay (thay đổi hướng quay), điều này làm quay máy phát điện kết nối với bánh đà, từ đó tạo ra điện năng.
Sử dụng lý thuyết sóng tuyến tính, các tương tác kết hợp giữa sóng biển, vật thể nổi và con quay hồi chuyển được mô hình hóa. Dựa trên phân tích chi tiết các tương tác này, các nhà nghiên cứu có thể xác định các thông số tối ưu cho cả bánh đà và máy phát điện. Đáng chú ý, kết quả cho thấy GWEC có thể đạt hiệu suất hấp thụ năng lượng tối đa đến một nửa ở bất kỳ tần số sóng nào, miễn là hệ thống được điều chỉnh đúng cách.
Để xác thực lý thuyết tuyến tính, các mô phỏng số trong cả miền tần số và miền thời gian đã được thực hiện. Ngoài ra, các mô phỏng miền thời gian khác có tính đến hành vi hồi chuyển phi tuyến tính cũng được thực hiện để xem xét bất kỳ hạn chế tiềm tàng nào của thiết bị. Các mô phỏng này cho thấy, GWEC duy trì hiệu suất cao gần tần số cộng hưởng của nó, nghĩa là tần số mà nó hấp thụ năng lượng sóng phù hợp với mô hình tự nhiên của đại dương.
Bằng cách chỉ ra cách điều chỉnh các thông số con quay hồi chuyển để tối đa hóa hiệu suất, nghiên cứu này cung cấp hướng đi để phát triển các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng hiệu quả và khả năng thích ứng cao. Khi các nhà khoa học tìm kiếm các nguồn năng lượng tái tạo đáng tin cậy để đáp ứng chuyển đổi năng lượng sạch, những tiến bộ như thế này có thể giúp khai phá sức mạnh to lớn, chưa được sử dụng của đại dương.
