Nghiên cứu này có thể giúp ngành công nghiệp năng lượng tái tạo tối ưu hóa turbine gió không cánh (BWT), hiện đang trong giai đoạn đầu của quá trình nghiên cứu và phát triển, từ các thí nghiệm thực địa quy mô nhỏ đến các hình thức phát điện thực tế cho lưới điện.

Không giống như turbine gió thông thường, chuyển đổi động năng của cánh quạt - được quay bằng chuyển động của luồng không khí - thành điện năng, turbine gió không cánh tạo ra điện năng thông qua quá trình gọi là rung động do xoáy tạo ra.

BWT có cấu trúc hình trụ mỏng, đung đưa trong gió, như những cột đèn trong thời tiết khắc nghiệt. Khi gió thổi vào, BWT tạo ra các xoáy, các luồng không khí luân phiên làm rung chuyển qua lại toàn bộ cấu trúc. Khi tần số dao động trùng khớp với xu hướng rung động tự nhiên của cấu trúc, chuyển động sẽ khuếch đại đáng kể và chuyển động tăng lên này sẽ chuyển đổi thành điện.

Trong một bài báo công bố gần đây trên tạp chí Renewable Energy, nhóm nghiên cứu trình bày cách họ sử dụng các mô hình máy tính để mô phỏng hiệu suất của hàng nghìn thiết kế BWT. Kết quả này làm sáng tỏ mối tương quan giữa kích thước cột buồm, công suất đầu ra và độ an toàn của kết cấu trong điều kiện gió từ 32 - 112 km/h.

Phát hiện quan trọng của họ là có một thiết kế tối ưu cho BWT, tạo ra “điểm lý tưởng” mà ở đó việc phát điện được tối đa hóa so với độ bền kết cấu. Thiết kế lý tưởng, cân bằng hoàn hảo giữa việc phát điện và độ bền, là cột buồm cao 80 cm với đường kính 65 cm.

Nhóm nghiên cứu nhận thấy, thiết kế này có thể cung cấp công suất tối đa 460 watt một cách an toàn, vượt xa hiệu suất của ngay cả những nguyên mẫu thực tế có hiệu suất cao nhất được chế tạo cho đến nay, vốn chỉ cung cấp công suất tối đa 100 watt.

Mô hình của họ cũng chứng minh giới hạn của các thiết kế khác, vốn có thể tạo ra nhiều điện năng hơn. Họ chỉ ra rằng, các thiết kế BWT khác nhau, về lý thuyết, có thể tạo ra tới 600 watt, nhưng cái giá phải trả là độ bền của cấu trúc, chúng sẽ nhanh chóng bị hỏng trong điều kiện thực tế.

Nhóm nghiên cứu cho biết, phương pháp luận của họ có thể cung cấp nền tảng cho việc mở rộng BWT thành các hệ thống quy mô, tạo ra 1 kilowatt trở lên, giúp chúng trở nên thiết thực hơn nhiều đối với các nhà cung cấp năng lượng tái tạo.

Trong tương lai, BWT có thể đóng vai trò hữu ích trong việc tạo ra năng lượng gió ở các môi trường đô thị. BWT êm hơn turbine gió thông thường, chiếm ít không gian hơn, ít gây nguy hiểm cho động vật hoang dã hơn, có ít bộ phận chuyển động hơn, do đó chúng ít cần bảo trì thường xuyên hơn.