NREL cho biết, các thiết kế công nghệ chuyển đổi năng lượng nhúng phân tán (DEEC-Tec) của họ sẽ nằm trong nước, để sóng biến dạng theo mọi hướng và thu điện từ “hầu hết mọi chuyển động vật lý hoặc thay đổi hình dạng động”.

Thay vì điều khiển tuabin hoặc kết hợp để điều khiển một máy phát điện bên ngoài, chúng sẽ được chế tạo bằng cách sử dụng rất nhiều máy phát điện nhỏ, linh hoạt, mỗi máy hoạt động giống như một sợi cơ để tạo ra đầu ra của riêng nó.

Một loại máy phát điện như vậy sử dụng chất đàn hồi điện môi, lần đầu tiên xuất hiện vào cuối những năm 1990. Theo đánh giá năm 2020 được công bố trên Advanced Intelligent Systems, chúng về cơ bản bao gồm một lớp vật liệu điện môi có thể biến dạng, đàn hồi, phủ bằng các điện cực để tạo thành một tụ điện có thể thay đổi được.

Một trọng lượng nặng được giữ trong hình quả bóng chứa đầy máy phát điện linh hoạt có lưới có thể thu được chuyển động quán tính theo bất kỳ hướng nào, làm nổi bật tính linh hoạt của các thiết kế này. 

Chúng có điện dung thấp nhất ở trạng thái không bị nén và bất kỳ độ lệch nào so với trạng thái ban đầu đều làm tăng điện dung của chúng, cho dù kéo dài, xoắn, nén hoặc uốn theo bất kỳ hướng nào. Ở độ biến dạng cao nhất, chúng được mồi một điện tích qua các điện cực, đưa điện dung lên ngang bằng với trạng thái không bị áp suất và chất đàn hồi hoạt động chống lại điện tích để đưa chúng trở lại trạng thái có điện dung thấp nhất, tạo ra nhiều năng lượng hơn mức được sử dụng để tạo phí ngay từ đầu.

Giống với máy phát điện kiểu tuabin, những thứ này có thể hoạt động theo cả hai hướng, hoặc thu năng lượng từ lực biến dạng do bên ngoài cung cấp hoặc sử dụng năng lượng để hoạt động như thiết bị truyền động. Về cơ bản, chúng cũng có thể hoạt động như các cảm biến, cung cấp phản hồi liên tục về mức độ chúng kéo dài so với trạng thái bình thường và về cơ bản cung cấp thông tin về bộ não/đơn vị pin để từ đó suy ra lượng điện cần nạp vào thời điểm nhất định.

Vào năm 2019, một máy phát điện đàn hồi điện môi ở dạng màng cao su ở đầu ống khí đã được thử nghiệm ở Scotland. Nó cho thấy khả năng thu năng lượng cả khi áp suất sóng cao đẩy không khí lên trong ống, thổi cao su lên giống như một quả bóng bay và khi áp suất sóng thấp hút cột không khí và kéo màng xuống cùng với nó.

Nhưng kế hoạch của NREL còn đi xa hơn nhiều. Sóng còn làm được nhiều điều hơn là đi lên và xuống, chúng tạo ra chuyển động gần như ngẫu nhiên theo mọi hướng. Máy phát điện DEEC-Tec sẽ có cấu trúc vững chắc tối thiểu nhất có thể đối với chúng. Chúng sẽ gần như hoàn toàn linh hoạt, cho phép thu thập động năng bất cứ khi nào nó đến.

Một cấu trúc linh hoạt, lung lay được xây dựng từ hàng trăm hoặc hàng nghìn máy phát điện đàn hồi nhỏ, mỗi máy đòi hỏi các ứng dụng điện tích chính xác vào những thời điểm chính xác, chắc chắn có thể khó kiểm soát. Nhưng không phải vô lý khi nghĩ rằng một hệ thống học sâu AI có thể tìm ra điều đó và thích ứng nhanh chóng với các điều kiện thay đổi.

Và bản chất của các chất đàn hồi điện môi này là cảm biến, máy phát điện và thiết bị truyền động tất cả trong một sẽ cung cấp cho hệ thống điều khiển khả năng chưa từng có để định hình lại cấu trúc như một robot mềm ở bất cứ nơi nào có lợi thế trong việc tạo ra một hình dạng khác.

Ngoài ra, nhóm NREL cho biết, máy phát điện có thể được sản xuất dễ dàng từ các vật liệu bền vững, chi phí thấp. Họ cung cấp một mức độ dự phòng, trong đó ngay cả khi một số máy phát điện trong một cấu trúc nhất định bị hỏng và ngừng hoạt động, vẫn sẽ có hàng trăm máy phát điện khác trực tuyến. Nhìn chung, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ chứng minh được loại máy phát năng lượng sóng này rẻ, an toàn, bảo trì thấp, có thể mở rộng và có khả năng đóng góp xứng đáng vào lưới năng lượng.

Có rất nhiều ẩn số, bao gồm vật liệu, bộ chuyển đổi và thiết kế nào sẽ mang lại hiệu quả chuyển đổi điện năng tốt nhất, độ bền và khả năng chống lại tính chất ăn mòn của nước biển.

Hà My