Những hướng đi mới trong công nghệ hiệu quả năng lượng

Hiệu quả năng lượng đang nhanh chóng trở thành ưu tiên hàng đầu trong công tác thiết kế và sản xuất sản phẩm công nghiệp. Phát điện từ những nguồn tái tạo, tái sinh năng lượng hay sử dụng những thiết bị tiết kiệm năng lượng là những lựa chọn phổ biến nhất đối với các doanh nghiệp, tổ chức, cơ quan và người tiêu dùng có nhu cầu cắt giảm chi phí và nâng cao hiệu quả sản xuất. Nhưng tất cả không chỉ dừng lại ở đó, các nhà khoa học giờ đây còn khám phá ra nhiều hướng đi mới để tăng cường hiệu quả cho từng nhóm giải pháp này, cụ thể là:

1. Sản xuất quang điện ngay cả khi mặt trời đã lặn

Sản xuất điện từ ánh sáng mặt trời là một công nghệ đã sớm ra đời và đạt nhiều thành tựu quan trọng. Tuy nhiên, công nghệ này có một điểm hạn chế lớn khi bị giới hạn bởi chu kỳ mọc của mặt trời.

Để giải quyết vấn đề này và nâng cao hiệu quả sản xuất quang điện, các nhà khoa học tại Đại học Texas (Mỹ) đã nghiên cứu cơ chế tối ưu hoá sản lượng điện năng của pin mặt trời, hay nói đúng hơn là tìm cách giúp chúng tạo ra điện năng ngay cả trong đêm tối.

Cụ thể, nhóm nghiên cứu của giáo sư Fuqiang Liu đã sử dụng vanadi, một kim loại hiếm, để chế tạo pin mặt trời, thay vì các tinh thể silic thông thường. Thử nghiệm cho thấy, loại pin mới này cho khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời vượt trội và lưu trữ chúng dưới dạng quang năng một cách lâu dài, nhờ đó có thể sản xuất điện ngay cả khi đã vào ban đêm hoặc khi trời nhiều mây. Điều này hoàn toàn khác với các tấm pin làm từ silic khi chúng sẽ chuyển hoá ngay quang năng thành điện năng mà không tích cực hấp thu năng lượng mặt trời để lưu trữ.

Với pin mặt trời vanadi, nhóm nghiên cứu của giáo sư Liu đã tạo nên một bước đột phá rất lớn trong lĩnh vực sản xuất điện mặt trời. Ông cũng cho biết, trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục tìm kiếm giải pháp để nhanh chóng đưa công nghệ này vào ứng dụng ở quy mô công nghiệp.

2. Tái sinh năng lượng từ xung động

Mặt trời, gió, sóng, thuỷ triều hay địa nhiệt là những cái tên thường được nhắc đến khi nói về năng lượng tái tạo. Song điều đó chưa phải là tất cả. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, loài người còn có thể thu hồi điện năng từ những xung động của hệ thống máy móc để tạo ra nguồn năng lượng cung cấp cho các thiết bị điện tử và bộ phận cỡ nhỏ như thiết bị chuyển mạch, bộ vi điều khiển và mảng cổng lập trình được dạng trường (FPGA), từ đó tiết kiệm được một lượng không nhỏ điện năng tiêu thụ.

Đức đang trở thành nước đi đầu trong việc hiện thực hoá ý tưởng này khi công ty ZF Electronics đã sáng chế ra một bộ chuyển mạch đặc biệt cho phép thu hồi tối thiểu 0,33 mWs xung động trong mỗi lần đóng – ngắt hệ thống. Với độ bền vượt trội, trong suốt vòng đời của mình, nó có thể tạo ra ít nhất 1188 nghìn mWh điện, đủ để cung cấp nhiều bộ phận nhỏ ít tiêu thụ năng lượng trong hệ thống máy mà không cần dùng đến các nguồn ngoại sinh. Mặt khác, với thiết kế không dây, bộ chuyển mạch này còn góp phần tăng cường sự thoải mái cho người lao động nhờ giảm bớt những dây rợ vướng víu và sự thất thoát điện năng sinh ra trong quá trình truyền tải.

3. Giảm thiểu tiêu thụ năng lượng trong các tác vụ có nhu cầu hiệu suất lớn

Mặc dù bộ chuyển mạch nêu trên là một giải pháp khá độc đáo, song nó lại tỏ ra bất khả thi khi áp dụng vào các tác vụ có nhu cầu hiệu suất lớn. Trong trường hợp này, bộ vi xử lý tín hiệu số (DSP) được xem là công cụ hữu hiệu để tối ưu hoá hiệu quả sản xuất đồng thời giảm thiểu đáng kể lượng điện năng tiêu thụ.

Sự ra đời của DSP đã bắt đầu từ 30 năm trước, song trong nhiều năm qua, ứng dụng của nó chỉ dừng lại trong lĩnh vụ phát thanh. Mãi đến gần đây, công nghệ này mới thực sự được chú ý đúng mức khi trở thành nền tảng cho các bộ vi xử lý đa lõi song song – một sự kết hợp giữa lõi đa nhiệm và các hệ thống không đồng nhất trên cùng một con chip nhờ tính năng tiêu thụ rất ít năng lượng. Nếu áp dụng kết hợp DSP với các nguồn năng lượng tái tạo khác, nhân loại có thể đạt được những bước tiến lớn về tiết kiệm năng lượng trong các sản phẩm như thiết bị nghe nhìn, ô-tô, hệ thống điều khiển – tự động hoá, hệ thống thông tin – máy tính,…

Mặt khác, thiết kế FPGA mới từ Đại học California, Berkeley cũng mở ra tiềm năng hiệu quả năng lượng lớn trong việc vận hành nhiều hệ thống máy móc. Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy, thiết kế không gian cản năng lượng (energy delay space) và dao động tần số thấp của loại FPGA mới này có thể giảm thiểu 85-99% điện năng tiêu thụ so với các sản phẩm phổ biến hiện nay.

Anh Tuấn (Theo Design News)