Được coi là một loại năng lượng sạch và có khả năng tái tạo, ngày nay, điện gió được khai thác ở ngoài khơi gần bờ biển, trên đất liền, thậm chí cả trên những tòa nhà chọc trời. Trung tâm thương mại thế giới Bahrain là tòa nhà chọc trời được lắp đặt tuốc bin gió đầu tiên trên thế giới. Tòa nhà này đã chính thức phát điện gió vào ngày này cách đây 6 năm, ngày 8/4/2008.

Từ những năm 5000 trước công nguyên, con người biết sử dụng gió như một loại năng lượng. Các thủy thủ đã dùng sức gió để đẩy thuyền buồm đi từ địa điểm này đến địa điểm khác. Sau đó, con người đã chế tạo ra các cối xay gió để phục vụ xay xát các sản phẩm nông nghiệp, rồi máy bơm nước chạy bằng sức gió, mở đường cho một cuộc cách mạng mới trong nông nghiệp.

Cận cảnh ba tuốc bin gió khổng lồ lắp đặt tại tòa nhà.

Khi cuộc cách mạng công nghiệp bùng bổ, các cối xay, máy bơm chạy bằng sức gió phải nhường chỗ cho động cơ hơi nước rồi các động cơ chạy điện với chi phí thấp hơn. Người ta đã thử chế tạo, thiết kế và lắp đặt những máy phát điện chạy sức gió. Nhiều kiểu tuốc bin gió đã được chế tạo, nhưng điện gió vẫn không mấy phát triển. Phải đến khi cuộc khủng hoảng năng lượng nổ ra vào thập niên 70 của thế kỷ 20 thì công nghệ điện gió mới có những bước phát triển vượt bậc.

Ngày nay, điện gió được khai thác ở ngoài khơi gần bờ biển, trên đất liền, phần lớn từ những trang trại gió. Do đó, kiến trúc sư người Nam Phi Shaun Killa đưa ra ý tưởng đưa tuốc bin gió về gần với người sử dụng, ngay giữa tòa nhà mà nó cấp điện.

Tháng 11/2003, lần đầu tiên tới Ai-Manama, thủ đô của Bahrain. Killa nhận thấy có rất nhiều gió mạnh thổi vào bờ, lượng gió thổi lên đến 60% thời gian trong ngày. Đây là nơi lý tưởng xây dựng tòa nhà tự cung cấp điện gió.

Toàn cảnh tòa nhà Trung tâm thương mại thế giới Bahrain.

Để thiết kế một tòa nhà khai thác năng lượng gió, Killa và các cộng sự đã phải tham khảo nhiều hạng mục đã được sử dụng trong các trang trại điện gió trước đây, như hệ thống điều khiển, các cầu tuốc bin và quan trọng nhất là các tuốc bin gió.

Nghiên cứu cho thấy 70% gió đến từ vùng Vịnh với góc chuyển hướng 60 độ cho cả hai phía. Điều này xác nhận rằng vị trí công trình rất quan trọng và tòa nhà phải được thiết kế sao cho gió đến từ một góc nhỏ cũng đẩy tuốc bin làm việc với hiệu quả cao nhất. Do đó, kiến trúc sư Killa đã đưa ra giải pháp là tạo hai khối nhà làm nhiệm vụ của hai cánh đón gió độc lập và các tuốc bin gió được đặt giữa hai tòa nhà.

Được khởi công vào năm 2004, sau 4 năm xây dựng, tòa nhà Trung tâm thương mại thế giới Bahrain được khánh thành. Công trình là một tòa tháp đôi có chiều cao tới 240 m, gồm 50 tầng và là tòa nhà tháp đôi cao thứ hai trên thế giới.

Trên ba chiếc cầu treo nối liền hai tòa tháp của tòa nhà là ba chiếc tuốc bin gió cực lớn, được lắp đặt lần lượt ở độ cao 60 m, 98 m và 136 m. Mỗi tuốc bin có tuổi thọ 20 năm, công suất tương đương 225 kW, đường kính dài 29 m, hướng về phía bắc để đón luồng gió thổi từ vịnh Ba Tư vào.

Hai tòa tháp mang hình dáng hai cánh buồm đối xứng nhau, tạo thành một cái phễu có bề rộng miệng là 120 m và bề rộng đáy là 30m, bảo đảm cung cấp tối đa lượng gió thổi qua các tuốc bin. Các kiểm nghiệm thực tế đã cho thấy, với cấu trúc đối xứng như thế, tòa nhà đã tạo nên một luồng thổi hình chữ “S”, bảo đảm với bất kỳ luồng gió nào dao động trong góc 45° vào một trong hai cánh của trục trung tâm đều tạo thành một luồng gió vuông góc với các tuốc bin, tạo lực đẩy cho cánh quạt của tuốc bin chuyển động.

Cũng chính nhờ những chuyển động đó mà nguồn điện từ các tuốc bin được phát ra đều đặn và liên tục, bảo đảm cung cấp khoảng 11 – 15% tổng năng lượng điện sử dụng cho hai tòa tháp, tương đương khoảng 1,1 – 1,3 GWh điện/năm. Lượng điện này có thể giúp 300 hộ gia đình được sử dụng điện trong suốt cả năm.

Không chỉ giúp tòa nhà có thể đón lượng gió tối đa, cấu trúc đối xứng của hai tòa tháp cũng giúp giảm áp lực lên các cầu nối. Khi tốc độ gió tăng dần, cấu trúc này đã tạo ra sự cân bằng vận tốc giữa các tuốc bin, ngăn cản việc tạo nên áp lực chênh lệch giữa các tầng cầu.

Trong dự án này, các chi phí lắp đặt, vận hành các tuốc bin chỉ chiếm khoảng 3,5% tổng chi phí dự án, vào khoảng hơn 5 triệu USD, do các nhà thiết kế đã sử dụng nhiều công nghệ có sẵn để chế tạo và lắp đặt các tuốc bin.

Ngoài việc lắp đặt các tuốc bin gió, dự án Trung tâm thương mại thế giới Bahrain còn sử dụng một khối lượng lớn các vật liệu thân thiện với môi trường như: hệ thống nước tái chế nối với hệ thống làm lạnh của tòa nhà, hệ thống cách nhiệt, hay lớp kính ít hấp thụ ánh sáng mặt trời bao phủ xung quanh…

Sau Trung tâm thương mại thế giới Bahrain, nhiều tòa nhà cao tầng khác cũng được lắp đặt các tuốc bin gió, tiêu biểu là: tòa tháp Pearl River tại Quảng Châu, Trung Quốc hay Khu nhà cao tầng Strata SE1 ở London, Anh.

TTTL