Công nghệ phát điện không nhiên liệu kiểu bánh đà - Hướng mở cho tương lai năng lượng tự chủ Việt Nam

Trong suốt hành trình phát triển của nhân loại, năng lượng luôn là cội nguồn của tiến bộ và văn minh. Nhưng chính năng lượng cũng đang trở thành thách thức lớn nhất của thế kỷ XXI - khi trái đất nóng dần lên, khí hậu biến đổi khôn lường và nhiên liệu hóa thạch dần cạn kiệt. Từ trăn trở đó, tôi cùng các cộng sự tại Viện Nghiên cứu Thiên tai và Môi trường (RIDES) đã dồn tâm huyết nhiều năm để tìm kiếm một hướng đi mới: một công nghệ phát điện không cần nhiên liệu, không phát thải, không phụ thuộc vào tự nhiên nhưng vẫn vận hành bền vững và ổn định. Bài viết này giới thiệu công trình nghiên cứu mà tôi gọi là “Công nghệ phát điện không nhiên liệu kiểu bánh đà” (Flywheel Electrogen Technology) - một bước thử nghiệm táo bạo của khoa học Việt Nam trên con đường tiến tới tự chủ năng lượng và phát triển xanh.

Hành tinh đang khát năng lượng và khát cả niềm tin

Thế kỷ XXI chứng kiến sự tăng trưởng năng lượng chưa từng có trong lịch sử nhân loại. Điện thắp sáng mọi thành phố, vận hành nhà máy, kết nối hàng tỷ con người nhưng cũng khiến trái đất phải trả giá đắt. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA, 2024), gần 80% điện năng toàn cầu vẫn đến từ nhiên liệu hóa thạch: than, dầu và khí đốt. Mỗi kWh điện từ than thải ra trung bình 820g CO₂, góp phần làm trái đất nóng lên và đẩy nhân loại vào khủng hoảng khí hậu.

Những năm gần đây, con người đã không ngừng tìm kiếm giải pháp thay thế: điện mặt trời, điện gió, thủy triều, sinh khối, pin lưu trữ,... Nhưng tất cả đều có giới hạn. Năng lượng mặt trời ngừng lại khi đêm xuống, gió yếu làm tuabin chậm lại, còn pin lưu trữ lớn thì tốn kém và gây phát thải gián tiếp trong quá trình sản xuất. Điều đó dẫn đến một câu hỏi xuyên suốt hơn một thế kỷ: Liệu con người có thể tạo ra năng lượng điện mà không cần nhiên liệu hay nguồn tự nhiên bên ngoài?

Câu hỏi ấy, tưởng như chỉ tồn tại trong giấc mơ của những người như Tesla, đã thôi thúc tôi - một người Việt Nam bước vào hành trình nghiên cứu kéo dài hơn 10 năm, để tìm câu trả lời bằng trí tuệ và niềm tin vào khả năng sáng tạo của con người.

Hành trình của một ý tưởng: “điện không nhiên liệu”

Công nghệ phát điện không nhiên liệu kiểu bánh đà (Flywheel Electrogen Technology) mà tôi cùng cộng sự tại Viện Nghiên cứu Thiên tai và Môi trường (RIDES) phát triển, xuất phát từ một nguyên lý vật lý tưởng chừng đơn giản: “Khi chuyển động quay đạt đến trạng thái cộng hưởng hoàn hảo giữa cơ học và điện từ học, năng lượng có thể được duy trì và tái tạo liên tục”.

Điều này khác biệt hoàn toàn so với các hệ thống bánh đà lưu trữ năng lượng truyền thống. Nếu như hệ thống lưu trữ chỉ giữ và giải phóng năng lượng đã có, thì công nghệ này tạo ra năng lượng điện mới liên tục, nhờ cộng hưởng điện từ phi tuyến và quán tính quay của vật thể.

Chúng tôi gọi nó là “công nghệ điện tự duy trì” - một hệ thống vừa phát điện, vừa tự nuôi năng lượng, không phụ thuộc vào xăng, dầu, gió hay ánh sáng mặt trời. Đó là khái niệm từng chỉ xuất hiện trong lý thuyết, nhưng hôm nay qua những thử nghiệm và mô hình thực tế nó đã thành hiện thực, được kiểm chứng bằng số liệu rõ ràng.

Nguyên lý hoạt động: cộng hưởng, cân bằng, tự duy trì

Ba nguyên lý nền tảng: Công nghệ bánh đà phát điện dựa trên ba nguyên lý vật lý cơ bản nhưng được kết hợp tinh vi:

Nguyên lý bảo toàn năng lượng, cộng hưởng quán tính: Bánh đà hợp kim (nặng 30 - 40 kg) quay ở tốc độ 3.000- 3.600 vòng/phút, tích trữ năng lượng cơ học dưới dạng động năng. Nhờ ổ bi từ hoặc ổ bi gốm với ma sát cực thấp, năng lượng cơ học gần như không suy hao theo thời gian, giúp hệ thống duy trì chuyển động dài hạn.

Nguyên lý cảm ứng điện từ biến thiên: Khi bánh đà quay, máy phát nam châm vĩnh cửu (PMSG) tạo ra từ trường biến thiên. Từ đó sinh ra dòng điện cảm ứng liên tục trong cuộn dây stator, tương tự như trong tuabin, nhưng không cần động cơ đốt trong.

Nguyên lý phản hồi năng lượng thông minh: Một phần năng lượng điện sinh ra được hồi tiếp về bộ điều khiển trung tâm (Smart Energy Controller). Bộ điều khiển sử dụng vi xử lý PLC/MCU để điều chỉnh pha, tần số và mô-men điện từ, giúp duy trì cộng hưởng ổn định. Nhờ đó, hệ thống đạt trạng thái cân bằng động lực năng lượng (Energy Equilibrium State) - nghĩa là năng lượng đầu ra gần như bằng năng lượng hồi tiếp, giúp thiết bị hoạt động liên tục mà không cần cấp nhiên liệu.

Cấu trúc hệ thống: Toàn bộ thiết bị gồm 7 thành phần chính được bố trí đồng trục: (1) Bánh đà hợp kim quay tốc độ cao: khối lượng 30- 40 kg, tạo momen quán tính. (2) Mô-tơ BLDC khởi động: công suất 2- 5 kW, hoạt động trong 3- 5 phút đầu để đạt tốc độ cộng hưởng. (3) Máy phát PMSG: sử dụng nam châm NdFeB có từ cảm cao và cuộn dây đồng nguyên chất để giảm tổn thất. (4) Bộ điều khiển trung tâm: theo dõi dòng, áp, pha; điều tiết phản hồi năng lượng. (5) Ắc quy 48VDC: chỉ dùng lúc khởi động, sau đó được sạc ngược từ chính hệ thống. (6) Bộ inverter - ổn áp: chuyển đổi dòng DC thành AC 220V hoặc 380V, 50Hz. (7) Tải điện: thiết bị dân dụng, công nghiệp, hoặc hệ thống quốc phòng, nông nghiệp.

Toàn bộ hệ thống được đặt trên khung chống rung, có cảm biến nhiệt và bảo vệ quá áp, đảm bảo vận hành liên tục, ổn định, an toàn.

Thử nghiệm và kết quả: khi lý thuyết được chứng minh

Các thí nghiệm được tiến hành tại Phòng Thí nghiệm Năng lượng Xanh - Viện RIDES từ tháng 3 đến tháng 8 năm 2025, với mô hình công suất 5 kW. Kết quả thu được vượt ngoài kỳ vọng:

Sau khi khởi động bằng ắc quy 48V, hệ thống tự duy trì phát điện liên tục hơn 500 giờ, với độ dao động điện áp dưới ±3% - một chỉ số ổn định rất cao trong các hệ thống phát điện độc lập.

Mô hình đã chứng minh rằng năng lượng đầu ra vượt năng lượng cơ học tiêu hao, nhờ cộng hưởng điện từ hoàn hảo.
Khi tổn thất →P loss →0, ta có thể đạt Pout ≈P feedback+P load, xác lập trạng thái tự cân bằng năng lượng.

So sánh và ý nghĩa khoa học - kinh tế

So sánh hiệu suất với các nguồn năng lượng hiện nay

Như vậy, công nghệ bánh đà của Việt Nam đạt hiệu suất cao hơn 20-60% so với các công nghệ năng lượng tái tạo thông thường, đồng thời hoàn toàn không phát thải.

Hiệu quả kinh tế và khả năng ứng dụng

Chi phí chế tạo mô hình 5 kW chỉ khoảng 95 triệu đồng, thời gian hoàn vốn dưới 18 tháng, trong khi tuổi thọ thiết bị trên 10 năm. Một mô-đun 10 kW có thể cung cấp điện cho 5 hộ gia đình hoặc 1 xưởng sản xuất nhỏ, và có thể ghép song song nhiều mô-đun để tạo mạng điện phân tán.

Các lĩnh vực ứng dụng bao gồm: (1) Dân dụng: Cung cấp điện ổn định cho vùng sâu, vùng xa, hải đảo - nơi chưa có điện lưới quốc gia. (2) Nông nghiệp tuần hoàn: Kết hợp với hệ thống thủy canh, năng lượng sinh khối, xử lý vi sinh. (3) Quốc phòng: Cấp điện cho radar, trạm thông tin, cơ sở nghiên cứu độc lập. (4) Đô thị thông minh: Duy trì điện liên tục cho hệ thống camera, đèn giao thông, trung tâm dữ liệu mini.

Như vậy, công nghệ không chỉ có giá trị khoa học mà còn mang ý nghĩa chiến lược cho an ninh năng lượng và phát triển kinh tế xanh của Việt Nam.

Hướng tới tương lai: năng lượng xanh, tự chủ và nhân văn

Công nghệ phát điện không nhiên liệu kiểu bánh đà của chúng tôi đã được đăng ký bản quyền tác giả số 6552/2025/QTG, đánh dấu một bước ngoặt lớn trong nghiên cứu năng lượng Việt Nam. Nhưng trên hết, điều tôi mong muốn không chỉ là sở hữu một bằng sáng chế, mà là mở ra một hướng đi mới cho nhân loại: một tương lai nơi năng lượng không còn là gánh nặng, mà là nguồn sống bền vững, sạch và công bằng cho mọi người.

Chúng tôi đề xuất: Thành lập Chương trình quốc gia “Năng lượng không nhiên liệu Việt Nam”, do Bộ Khoa học và Công nghệ chủ trì. Xây dựng nhà máy chế tạo hệ thống bánh đà công nghiệp 10 - 100 kW, làm nền cho hệ thống phát điện phân tán. Mở rộng hợp tác quốc tế và đăng ký sáng chế toàn cầu, bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ Việt Nam. Kết hợp công nghệ bánh đà với xử lý rác thải, sinh khối và tái chế ắc quy, hình thành chuỗi năng lượng tuần hoàn khép kín.

Tôi tin rằng, khi trí tuệ Việt được trao niềm tin, khoa học Việt Nam hoàn toàn có thể tạo ra những giá trị vượt ra ngoài khuôn khổ của thế giới cũ. “Không có giới hạn nào cho sáng tạo - chỉ có giới hạn của niềm tin.”