Từ nghiên cứu…
Năng lượng biển (đôi lúc cũng được gọi là năng lượng đại dương hoặc năng lượng thủy động học) là loại năng lượng được tạo ra bởi sóng biển, thủy triều, độ mặn và sự chênh lệch về nhiệt độ đại dương. Chuyển động của nước trong đại dương tạo ra một khối lượng dự trữ động năng khổng lồ, hay còn gọi là năng lượng chuyển động. Loại năng lượng này có thể được khai thác để sản xuất điện cung cấp cho gia đình, vận tải và các nền công nghiệp. Đối với điện từ sóng biển, những nghiên cứu đầu tiên bắt đầu từ cách đây 40 năm. Sự tiến bộ của trí tuệ nhân tạo và các thuật toán học tạo cơ hội cho việc phát triển các thiết kế hiệu quả hơn.
Ở châu Âu, 30 chuyên gia trong lĩnh vực năng lượng đại dương đã phân tích nhu cầu của ngành năng lượng biển và đổi mới công nghệ để giảm giá thành. Một loạt các khái niệm đã được phát triển trong những năm gần đây ở châu lục này để chuyển đổi năng lượng từ đại dương, với hơn 200 thiết bị khác nhau. So với thế hệ đầu tiên của bộ biến đổi năng lượng từ thủy triều, các bộ biến đổi này hiện đã được cải tiến rất nhiều, đạt đến giai đoạn tiền thương mại với tổng công suất lắp đặt khoảng 12MW ở châu Âu và tiếp tục được cải tiến sau hơn 10 năm nghiên cứu và phát triển.
Turbine điện thủy triều ở Orkney, Scotland. Tại Mỹ, việc thử nghiệm điện thủy triều đã gặp thất bại bước đầu. Snohomish PUD, một khu công ích ở quận Snohomish, bang Washington, đã bắt đầu dự án điện thủy triều vào năm 2007. Đến tháng 4-2009, PUD đã chọn OpenHydro, công ty có trụ sở tại Ireland phát triển turbine và thiết bị phát điện. Dự án được thiết kế ban đầu để đặt thiết bị phát điện trong các khu vực có lưu lượng thủy triều cao và vận hành thiết bị đó trong vòng 4-5 năm. Theo kế hoạch, sau thời gian dùng thử, thiết bị sẽ bị loại bỏ. Dự án ban đầu này được lập ngân sách với tổng chi phí 10 triệu USD, một nửa trong số đó do PUD cung cấp từ các quỹ dự trữ, và một nửa từ các khoản tài trợ, chủ yếu từ Chính phủ liên bang Mỹ. Tuy nhiên, chi phí cho dự án này đến tháng 10-2014 đã tăng vọt lên mức ước tính 38 triệu USD và dự kiến sẽ tiếp tục tăng. PUD đã đề xuất chính quyền liên bang cung cấp thêm 10 triệu USD cho khoản chi phí gia tăng này nhưng bị từ chối và dự án đã bị hủy bỏ.
Tại Anh, cơ sở thử nghiệm năng lượng biển đầu tiên trên thế giới được thành lập vào năm 2003 để bắt đầu phát triển ngành công nghiệp năng lượng từ sóng biển và thủy triều. Có trụ sở tại Orkney, Scotland, Trung tâm Năng lượng biển châu Âu (EMEC) đã hỗ trợ việc triển khai nhiều thiết bị phát điện từ sóng và thủy triều hơn bất kỳ nơi nào khác trên thế giới. EMEC cung cấp nhiều địa điểm thử nghiệm trong điều kiện biển thực. Khu vực thủy triều mạnh ở châu Âu là ngoài khơi đảo Eday, Scotland, trong một kênh hẹp tập trung thủy triều giao giữa dòng chảy của Đại Tây Dương và biển Bắc. Khu vực này có dòng thủy triều rất mạnh, có thể lên tới 4m/s trong mùa xuân.
…đến hiện thực
Về cơ bản, turbine thủy triều giống như cánh quạt, đường kính khoảng 2m và khi thủy triều di chuyển qua turbine làm nó quay cánh quạt giống như các turbine khác để tạo ra điện. Sau đó, năng lượng được chuyển qua cáp đến trạm phát điện và kết nối với các nhà cung cấp điện địa phương thông qua các trạm biến áp và sau đó được phân phối vào lưới điện địa phương.
Một turbine thủy triều được lắp tại đảo Orkney, Scotland vào tháng 8-2017 đã tạo ra mức kỷ lục về sản lượng điện trong năm đầu tiên thử nghiệm. Turbine SR2000 công suất 2MW sản xuất hơn 3GWh điện tái tạo trong vòng chưa đầy 12 tháng. SR2000 được cho là “turbin thủy triều hoạt động mạnh nhất thế giới”. Turbine đã cung cấp điện cho khoảng 830 hộ gia đình, chiếm hơn 25% nhu cầu điện của đảo Orkney với dân số khoảng 22.000 người.
“Hiệu suất phi thường của SR2000 đã thiết lập một chuẩn mực mới cho ngành điện thủy triều,” Andrew Scott, Giám đốc điều hành của Tập đoàn Scotrenewables Tidal Power, cho biết. Ủy ban châu Âu đã mô tả năng lượng đại dương có khả năng đóng góp khoảng 10% nhu cầu năng lượng của Liên minh châu Âu vào năm 2050. Dự kiến, Scotrenewables sẽ xây dựng một turbine điện thủy triều thứ 2 công suất 2MW vào cuối năm 2018. Turbine này sẽ được đưa đến Orkney để thử nghiệm trước khi hãng này bán ra thị trường. Nỗ lực này sẽ được hỗ trợ bởi chương trình Horizon 2020 của EU, một chương trình nghiên cứu và đổi mới công nghệ với kinh phí gần 80 tỷ EUR.
Australia cũng có tham vọng trở thành nước đứng đầu toàn cầu về năng lượng đại dương, với một turbine thủy triều vừa được lắp đặt ở cảng Glastone, bang Queensland và dự kiến sẽ hòa vào điện lưới quốc gia trong năm 2019. Các công ty của Australia đã trải qua nhiều thập kỷ cố gắng tìm ra một phương pháp hiệu quả về chi phí để khai thác năng lượng thủy triều, với các nguyên mẫu turbine được thử nghiệm ở Tasmania, Sydney và Nhật Bản. Tiến sĩ Irene Penesis từ Đại học Hàng hải Australia cho biết, một turbine thủy triều 1MW có thể cung cấp điện cho 600 đến 800 ngôi nhà và khi ngành công nghiệp này tăng công suất lên gigawatt, số hộ được cấp điện sẽ tăng lên nhiều lần. Các công nghệ sản xuất turbine tiến bộ hơn phục vụ khai thác điện từ thủy triều và sóng biển hy vọng sẽ làm tăng nguồn cung cấp điện trong tương lai của nhiều quốc gia.
Các quan chức Australia hy vọng rằng đây có thể là sự khởi đầu thuận lợi để có thể tiếp tục phát triển số lượng turbine thủy triều và xem xét đầu tư vào công nghệ này có thể mang lại lợi ích lớn. Do biết được chính xác vận tốc của dòng nước di chuyển qua các khu vực biển nên người ta có thể xác định lượng điện được sản xuất. Vì vậy, không giống như một số năng lượng tái tạo khác như những đám mây có thể đi qua và làm gián đoạn năng lượng Mặt trời hoặc gió có thể giảm tốc độ ảnh hưởng đến phong điện, mỗi ngày trong năm vận tốc thủy triều hầu như không thay đổi nhiều.
Dự án điện từ sóng biển đầu tiên của bang Tasmania, Australia được lắp đặt gần đảo King do Tập đoàn Wave Swell Energy thực hiện với sự hỗ trợ của Tập đoàn Hydro Tasmania. Dự án thử nghiệm này trị giá 8 triệu AUD với một tổ hợp chuyển đổi năng lượng từ sóng biển ngoài khơi đảo King thành điện với công suất ước đạt 200KW cung cấp cho khoảng 200 hộ gia đình. Giám đốc điều hành Wave Swell Energy Tom Denniss cho biết, dự án có thể hình thành các trang trại năng lượng điện từ sóng biển trong tương lai ở Tasmania và các vùng khác của phía Nam Australia.
Tasmania cũng được đánh giá là địa điểm đầy hứa hẹn cho năng lượng thủy triều. Australia có thủy triều có biên độ lớn nhất trên thế giới, với các dải thủy triều chênh lệch 11,8m. Đặc biệt, ở Tasmania, các dòng thủy triều nước rất mạnh. Theo các nhà khoa học Australia, các eo biển ở Tasmania với dòng chảy mạnh của thủy triều có khả năng tạo ra khoảng 3 terrawatt giờ năng lượng thủy triều mỗi năm. Ước tính, các công nghệ điện từ thủy triều sau khi được lắp đặt, có thể tạo ra khoảng 300MW điện mỗi năm, cung cấp điện cho 1/4 của Tasmania. Tại Australia, năng lượng tái tạo chiếm 15% tổng sản lượng điện của quốc gia, với thủy điện là nguồn năng lượng tái tạo chính, sau đó là gió và năng lượng Mặt trời. Australia đang hy vọng trong một ngày không xa, nguồn điện năng từ biển cũng đóng góp một phần vào năng lượng tái tạo.
Mối quan tâm về môi trường
Cũng như các loại hình phát điện khác, điện thủy triều có thể ảnh hưởng đến sinh vật biển. Các turbine có thể vô tình giết chết sinh vật biển khi chúng chẳng may rơi vào cánh quạt của turbine, mặc dù các dự án có cơ chế an toàn để tắt turbine khi tiếp cận động vật biển. Một số loài cá có thể không còn hiện diện ở khu vực có turbine do lo sợ “vật thể quay” hoặc bị ảnh hưởng của tiếng ồn từ turbine phát ra. Sinh vật biển là một yếu tố rất đáng lưu tâm khi đặt máy phát điện thủy triều trong nước và các biện pháp phòng ngừa phải được xem xét cẩn thận để đảm bảo rằng càng nhiều động vật biển không bị ảnh hưởng càng tốt.
Ngoài ra, việc tạo nên một con đập thủy triều dùng để tăng dòng chảy thủy triều có thể làm thay đổi bờ biển trong các vùng vịnh hoặc cửa sông, ảnh hưởng đến hệ sinh thái lớn. Ức chế dòng chảy của nước trong và ngoài vịnh, cũng có thể gây ra độ đục và thay đổi nồng độ mặn của nước biển có thể làm ảnh hưởng đến sản lượng cá. Hơn nữa, nước biển có thể gây ăn mòn ở các bộ phận kim loại của turbine, ảnh hưởng đến độ bền của turbine. Chất lỏng cơ học, chẳng hạn như chất bôi trơn trong turbine có thể bị rò rỉ gây hại cho sinh vật biển gần đó.
Trên hết, do điện thủy triều có chi phí ban đầu rất đắt nên có thể là một trong những lý do khiến năng lượng thủy triều không phải là nguồn năng lượng tái tạo phổ biến. Điều quan trọng là điện từ năng lượng thủy triều vẫn còn là một công nghệ tương đối mới. Dự kiến, năng lượng thủy triều sẽ mang lại lợi nhuận thương mại trong năm 2020 với công nghệ tốt hơn và quy mô lớn hơn. Tuy nhiên, năng lượng thủy triều vẫn còn cần thêm nhiều nghiên cứu để có thể giảm giá thành.
