Turbine gió đầu tiên trên thế giới

Khi những rủi ro và thiệt hại về môi trường của việc phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch ngày càng tăng, con người bắt đầu quan tâm nhiều hơn đến việc phát triển các nguồn năng lượng sạch và tái tạo. Một trong số những công nghệ phổ biến và nổi bật hiện nay là công nghệ khai thác năng lượng từ gió. Tuy nhiên, chúng ta có thể không biết tới kỹ sư điện James Blyth, người đã chế tạo thành công turbine gió đầu tiên trên thế giới.

Blyth sinh ra tại thị trấn Marykirk, Scotland vào ngày 4/4/1839. Cha của ông là chủ của một quán trọ nhỏ. Ngay từ thời thơ ấu, ông đã cảm thấy hứng thú với chiếc cối xay gió đặt ngay trong vườn. Ông tốt nghiệp Đại học Edinburgh và trở thành một giáo viên giống như nhiều người Scotland có học thức cao sống cùng thời.

Blyth kết hôn với Jesse Taylor, và hai vợ chồng có đến bảy người con. Họ sống định cư tại Glasgow, nơi Blyth đảm nhận vị trí giảng dạy ở trường Đại học Strathclyde. Tại đây, Blyth đã có cơ hội gặp gỡ và trò chuyện với những trí thức lớn.

Giữa thế kỷ 19, Scotland là một cường quốc công nghiệp và khoa học, nơi có phòng thí nghiệm hóa học lớn nhất thế giới. Quốc gia này cũng sở hữu một lượng tài nguyên than đá khổng lồ.

“Vào thời điểm đó, mối quan tâm về điện đang bùng nổ. Rất nhiều nhà khoa học, kỹ sư, chuyên gia công nghệ đang nghiên cứu về pin”, Trevor Price, giảng viên cao cấp về kỹ thuật môi trường và cơ khí tại Đại học South Wales, người đã viết một cuốn tiểu sử ngắn về Blyth, cho biết.

Price suy đoán nhà vật lý William Thomson – người được biết đến nhiều hơn với tên gọi Lord Kelvin – có thể đã truyền cảm hứng cho Blyth trong việc chế tạo turbine gió.

Năm 1881, Thomson đã công bố một bản báo cáo đặc biệt, trong đó ông trình bày ý tưởng sử dụng cối xay gió để sạc một loại pin mới do kỹ sư người Pháp Camille Alphonse Fauré chế tạo, theo Hiệp hội Vật lý Mỹ (APS).

Thomson chỉ ra rằng chỉ một phần tư tàu buôn của Anh sử dụng động cơ hơi nước, số còn lại vẫn dùng buồm. Ông nhận định: “Ngay cả trong thời đại phát triển của động cơ hơi nước, các hệ thống dựa vào sức gió vẫn cung cấp phần lớn năng lượng mà con người sử dụng”. Do than có nguồn cung hữu hạn, nên Thomson suy đoán “trong tương lai, năng lượng gió sẽ giúp con người thực hiện nhiều công việc hằng ngày trên đất liền, bao gồm cả việc tạo ra ánh sáng”.

Thomson đề xuất rằng một bộ pin theo thiết kế của Fauré – được sạc bằng cối xay gió trong khoảng năm hoặc sáu giờ – có thể tạo ra lượng ánh sáng tương đương với một ngọn nến thắp sáng liên tục trong 60 giờ. Tuy nhiên, ông lo ngại chi phí xây dựng các cối xay gió quá cao sẽ làm cho nguồn năng lượng này không khả thi về mặt kinh tế, ít nhất là cho đến khi sáng chế turbine gió chưa được tạo ra.

Người ta không biết liệu Blyth có gặp gỡ hoặc trao đổi thư từ với Thomson hay không, mặc dù họ cùng hoạt động trong lĩnh vực học thuật ở Scotland. Nhưng trong bài báo mô tả turbine gió đầu tiên được công bố vào năm 1888, Blyth đã trích dẫn báo cáo trước đây của Thomson về ý tưởng sử dụng cối xay gió để tạo ra điện.

Turbine gió đầu tiên của Blyth [được chế tạo vào tháng 7/1887] có hình dạng giống chiếc cối xay gió truyền thống tại Anh. Ở phần trung tâm là một thân cây gỗ, với chiều cao khoảng 10m. Nó có nhiệm vụ neo bốn cánh buồm bằng vải bạt, mỗi cánh dài 2,4m và rộng 1m. Khi cánh buồm quay trong gió, chúng xoay trên một trục dài thẳng đứng. Năng lượng gió sẽ chuyển đổi thành năng lượng điện thông qua bánh đà rộng 3m [một thiết bị cơ khí có chức năng lưu trữ năng lượng quay]. Dòng điện tạo ra cuối cùng sẽ được dự trữ trong 12 pin do Fauré sáng chế.

Blyth đã sử dụng turbine gió để cung cấp năng lượng cho ngôi nhà của mình. “Khi những cơn gió mạnh thổi qua turbine gió đặt ở trước sân trong khoảng thời gian nửa ngày, nó tạo ra đủ lượng điện để thắp sáng cho bốn buổi tối”, Blyth viết trong bài báo mô tả turbine gió đầu tiên của ông vào năm 1888. “Thật là lãng phí nếu sức mạnh của gió không được tận dụng cho mục đích sản xuất và lưu trữ năng lượng điện”.

Blyth thậm chí còn đề nghị thắp sáng đường phố chính của thị trấn Marykirk với lượng điện dư thừa. Nhưng người dân địa phương tin rằng điện là thứ liên quan đến ma quỷ nên đã từ chối lời đề nghị của ông.

“Blyth rõ ràng là người có tư duy đi trước thời đại so với người dân địa phương – những người có thể nghĩ rằng ông là một thầy phù thủy”, Trevor Price, giảng viên cao cấp về kỹ thuật môi trường tại Đại học South Wales, cho biết.

Sau thành công ban đầu, Blyth đã phát triển một thiết kế turbine khác, trong đó các cánh quạt hướng về một phía tương tự như thiết kế turbine gió ngày nay. Ngoài ra, nó còn có khả năng chống chọi với những cơn gió mạnh thường gây ra sự cố cho cối xay gió truyền thống. Blyth được cấp bằng sáng chế cho thiết kế của mình vào năm 1891.

Năm 1895, Blyth xây dựng một turbine gió cho bệnh viện ở địa phương để làm máy phát điện khẩn cấp.

Tại Scotland, người ta sử dụng nguồn cung than đá dồi dào chạy các nhà máy điện. Đây là nguyên nhân khiến Blyth thất bại trong việc bán các sản phẩm turbine gió ra thị trường do không đủ sức cạnh tranh.

Blyth qua đời sau khi mắc chứng động kinh vào năm 1906. Không lâu sau đó, cối xay gió tại gia đình của ông ở thị trấn Marykirk cũng bị tháo dỡ vào năm 1914. Mãi cho đến sau Thế chiến thứ hai, việc sử dụng turbine gió mới bắt đầu phát triển. Các nhà khoa học đã ứng dụng công nghệ chế tạo máy bay để cải tiến cánh turbine.

“Gió là thứ miễn phí và có mặt ở khắp mọi nơi. Có lẽ Blyth từng mơ về một tương lai, trong đó mỗi ngôi nhà sẽ được thắp sáng bằng năng lượng điện của một turbine gió. Đây là ý tưởng đi trước thời đại từ 50-100 năm”, Price nói. “Các turbine ngày nay cao hơn 300m có thể không phù hợp với từng ngôi nhà riêng lẻ, nhưng chúng chắc chắn có thể cung cấp đủ năng lượng cho nhiều ngôi nhà cùng lúc”.