Năng lượng sóng và thủy triều (wave energy & tidal energy)
Hiện nay, có khoảng 100 công ty trên toàn thế giới đang nghiên cứu việc chuyển đổi năng lượng từ đại dương thành điện năng. Năng lượng từ đại dương cũng có nhiều tiềm năng hơn năng lượng gió vì nước có tỷ trọng cao hơn không khí. “Nước nặng” được lấy từ trong một thùng nước biển, năng lượng của nó tương đương 400 thùng dầu mỏ tốt nhất. Theo những suy đoán ban đầu, năng lượng do nguồn nước biển vô tận này sản sinh ra đủ dùng cho nhân loại trên 1 tỷ năm. Hay những con sóng, thủy triều, hải lưu... trường tồn với thời gian, đều có thể cung cấp cho nhân loại nguồn năng lượng cực lớn. Công nghệ sản xuất điện từ đại dương được chia thành 2 dạng chính là năng lượng thủy triều và năng lượng sóng.
Những dòng nước biển và nước sông chảy chậm hoàn toàn có thể trở thành nguồn năng lượng thay thế đầy tiềm năng. Một nhóm nghiên cứu Trường ĐH Michigan (Hoa Kỳ) đã chứng minh điều này bằng chiếc máy mô phỏng hoạt động của loài cá, biến những dao động vô ích trong dòng chảy thành nguồn năng lượng tái sinh.
Điểm mấu chốt của hệ thống là việc sử dụng một thiết bị gọi là turbine, có các cánh quay theo cùng một hướng, bất chấp hướng chuyển động của luồng khí. Máy Limpet hiện được xem là nền tảng tốt nhất để thúc đẩy sự phát triển trong công nghệ khai thác năng lượng từ sóng.
Năng lượng từ thủy triều (Tidal Energy). Nguyên lý phát điện thủy triều tương tự như nguyên lý phát điện thủy lực, tức là lợi dụng sự chênh lệch mức nước triều lên xuống để làm quay động cơ và máy phát điện. Ở những vùng có biên độ triều tương đối lớn, người ta xây đê ngăn nước có nhiều cửa tạo thành một hồ chứa và trong đê lắp tổ máy phát điện bánh xe nước. Khi nước triều lên cao bên ngoài một cửa nào đó thì cửa đó mở ra, nước biển chảy vào hồ chứa, dòng nước vào làm quay bánh xe thủy động, kéo theo làm quay máy phát điện. Khi nước triều rút xuống thì cửa đóng lại và cánh cửa khác mở ra, nước từ hồ chứa chảy ra biển và dòng nước lại làm quay máy tải động. Cứ như thế, trạm điện thủy triều không ngừng phát điện. Tháng 8 năm 2010 Trung Tâm Nghiên cứu Điện Thủy Triều Âu châu bắt đầu lập một thống phát điện tại Eday, Anh Quốc. Đường kính rotor máy phát điện 18m và có năng suất cung cấp điện cho 1.000 gia đình.
Năng lượng từ sóng. Để thu được năng lượng từ sóng, người ta sử dụng phương pháp dao động cột nước. Sóng chảy vào bờ biển, đẩy mực nước lên trong một phòng rộng được xây dựng bên trong dải đất ven bờ biển, một phần bị chìm dưới mặt nước biển. Khi nước dâng, không khí bên trong phòng bị đẩy ra theo một lỗ trống vào một turbine. Khi sóng rút đi, mực nước hạ xuống bên trong phòng hút không khí đi qua turbine theo hướng ngược lại. Turbine xoay tròn làm quay một máy phát để sản xuất điện.
Một phương pháp khác tạo ra dòng điện từ sóng biển là dùng máy phát điện đặt nổi trên mặt biển như một cái bơm nằm ngang, pít tông nối liền với phao, tùy theo sóng biển lên xuống mà pít tông cũng chuyển động lên xuống, biến động lực của sóng biển thành động lực của không khí bị nén. Không khí bị nén dưới áp suất cao phụt qua miệng phun của turbin làm cho máy phát điện hoạt động. Khi đó, năng lượng của sóng biển đã chuyển thành điện năng. Phát điện bằng năng lượng sóng biển không tốn một chút năng lượng “khởi động” nào, lại không gây ô nhiễm môi trường, do đó nó là một nguồn năng lượng sạch, hy vọng sẽ giúp giải quyết nguy cơ thiếu năng lượng của toàn thế giới.
Ngoài việc tận dụng thủy triều, sóng, hải lưu để phát điện, còn những dạng khác mà con người có thể lợi dụng, khai thác ở nước biển nhằm sinh điện, như sự chênh lệch nhiệt độ cao thấp khác nhau, độ mặn nhạt khác nhau, áp lực lớn bé khác nhau.
Lợi dụng mức chênh lệch độ mặn Osmotic. Ở những khu vực có sự chênh lệch độ mặn lớn, đặc biệt như vùng cửa sông đổ ra biển, thì từ sự chênh lệch độ mặn này có thể tạo ra một nguồn năng lượng mới mà hiện nay con người chưa khai thác. Do nồng độ muối trong nước ngọt và nước biển khác nhau, tạo ra một áp lực thẩm thấu khá lớn và nước ngọt không ngừng thấm qua màng thẩm thấu sang phía bể chứa nước mặn vốn đã đầy nước biển, khiến cho cột nước trong tháp thủy áp dâng cao. Cột nước dâng cao đến một mức nào đó sẽ theo đường ống chảy ra ngoài và đổ xuống làm bánh xe nước quay và tạo ra nguồn điện. Ở những khu vực có sự chênh lệch độ mặn lớn, đặc biệt như vùng cửa sông đổ ra biển, thì từ sự chênh lệch độ mặn này có thể tạo ra một nguồn năng lượng mới mà hiện nay con người chưa khai thác.
NaUy là xứ tiên phong trong việc thí nghiệm nhà máy phát điện bằng chênh lệch độ mặn của biển loại bỏ túi Statkraft với năng suất 4Kw năm 2009. Họ hi vọng nếu có sự phát triển tốt trong tương lai họ có thể xây nhà máy điện cung cấp điện cho 30 ngàn căn hộ. Tuy nhiên kỹ thuật sản xuất điện bằng sự chênh lệch độ mặn còn phụ thuộc vào vị trí nhà máy và thời tiết quá nhiều.
Như vậy, có thể nói nguồn năng lượng từ biển là rất lớn và nguồn năng lượng này sẽ không là ảnh hưởng đến môi trường. So với các nguồn năng lượng khác như điện hạt nhân, than đá đốt, thủy điện… thì năng lượng biển có mức đầu tư ít hơn, tính an toàn cao, không cần một bộ máy điều hành lớn và phức tạp.
Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đã sử dụng nguồn năng lượng từ biển. Năm 1966, tại Pháp đã xây dựng một nhà máy điện thủy triều đầu tiên trên thế giới có quy mô công nghiệp với công suất 240 MW, đây là một trong những nhà máy điện thủy triều lớn nhất trên thế giới. Tại Canada đã vận hành một nhà máy 20 MW từ năm 1984, sản xuất 30 triệu kW điện hàng năm. Trung Quốc cũng là một nước rất quan tâm đến nguồn năng lượng sạch, hiện nay Trung Quốc có 07 nhà máy điện thủy triều đang vận hành với tổng công suất 11 MW. Gần đây, Hàn Quốc rất chú trọng khai thác sử dụng năng lượng thủy triều. Một nhà máy điện thủy triều Shiwa có công suất 254 MW được hoàn thành năm 2010; còn tại thành phố Incheon, từ năm 2007 đã xây dựng một nhà máy có công suất 812 MW lớn nhất thế giới, với 32 tổ máy và sẽ đưa vào vận hành năm 2015.
Tuy nhiên, có nhiều nguyên nhân khách quan khiến việc sử dụng nguồn năng lượng vô tận từ đại dương vào quá trình sản xuất điện năng bị gián đoạn như việc nước biển làm biến dạng và ăn mòn máy móc; việc cần có những dây cáp đắt tiền ngầm dưới biển để truyền tải điện vào bờ; đặc biệt chi phí đầu tư cho các dự án này đòi hỏi thời gian nghiên cứu lâu dài và cần nhiều vốn. Nguồn năng lượng từ biển bị giới hạn được dùng cho những xứ cạnh bờ biển. Âu cũng là vấn đề kinh tế vì vận chuyển điện sản xuất từ đưa vào lục địa chi phí sẽ rất cao, không cạnh tranh nổi với những nguồn sản xuất điện truyền thống như thủy điện, than đá hay hạt nhân.
Vài con số quan trọng…
Hiện nay Đức quốc và các quốc gia Âu châu sản xuất và cung cấp điện từ gió nhiều nhất. Đức quốc là một trong những nước trong Âu châu khai thác năng lượng từ gió với công suất 31,308 MW chỉ sau Trung quốc 75,324MW và Hoa Kỳ 60,027MW. Giá điện mà người dân Đức phải trả trung bình $0.24 Euro/kwh hay $0.36 US/kwh so với Canada chúng tôi cư ngụ là $0.085/kwh. Đa số năng suất điện sản xuất ở Canada là từ thủy điện (hydroelectric). Giá sản xuất trung bình là $0.055/kwh với tổng công suất thủy điện Canada là 89TWh. Trong một bài báo của The Montreal Gazette ngày 29 tháng 6 năm 2013 có tựa đề « Politics lead to higher energy costs » cho biết là dân Quebec Canada phản đối chính sách xây những trạm phát điện từ gió (wind mill farms) ở phía Đông bắc. Họ lập luận rằng Canada được thiên nhiên ưu đãi với nhiều nguồn tài nguyên như mỏ, dầu hỏa, khí đốt, dầu cát, rừng thông và thủy điện cho nên giá thành sản suất thủy điện quá rẻ và hiện nay công suất cao hơn nhu cầu tiêu thụ điện. Hydro-Quebec hiện đang xuất cảng điện sang các bang lân cận như Ontario, New-York và New-England. Từ vài năm nay Quebec cũng đã xây nhiều trạm sản xuất điện từ gió vùng ven biển Gaspe với công xuất 800MW và chính phủ Quebec dự trù tăng đầu tư năng lượng từ gió trong tương lai để tăng công suất gió lên 3,119MW. Giá sản xuất điện từ gió là $0.14/kwh tức mắc hơn 2.5 lần từ thủy điện với giá bán $0.085/kwh. Như vậy tiền lời từ thủy điện tài trợ cho việc sản xuất điện từ gió. Vì thế người dân Quebec và các nhà chính trị phản đối kịch liệt chế độ ưu đãi của chính quyền Quebec về những công trình dự án xây trạm phát điện từ gió chỉ nhằm mục đích tạo ra công ăn việc làm cho cư dân địa phương ở vùng có tỉ số thất nghiệp cao nhất mà thôi…
Chính vì thế, khả năng cạnh tranh của năng lượng biển với các nguồn năng lượng thay thế khác còn chưa cao. Dẫu vậy, các nước phát triển trên thế giới vẫn không ngừng tìm tòi, cải tiến công nghệ để khai thác nguồn năng lượng xanh vô tận này.
Nguyễn Hồng Phúc – sưu tầm & nghiên cứu
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ten of the largest hydroelectric producers as at 2009.
| ||||
Country
|
Annual hydroelectric
production (TWh) |
Installed
capacity (GW) |
% of total
capacity | |
 China |
652.05
|
196.79
|
0.37
|
22.25
|
Canada
|
369.5
|
88.974
|
0.59
|
61.12
|
Brazil
|
363.8
|
69.080
|
0.56
|
85.56
|
United States
|
250.6
|
79.511
|
0.42
|
5.74
|
Russia
|
167.0
|
45.000
|
0.42
|
17.64
|
Norway
|
140.5
|
27.528
|
0.49
|
98.25
|
India
|
115.6
|
33.600
|
0.43
|
15.80
|
Venezuela
|
85.96
|
14.622
|
0.67
|
69.20
|
Japan
|
69.2
|
27.229
|
0.37
|
7.21
|
Sweden
|
65.5
|
16.209
|
0.46
|
44.34
|
Tham khảo :
1. http://earthandindustry.com/2009/11/scotland-plugs-in-worlds-largest-working-wave-energy-device/
2. http://www.itnsource.com/shotlist//RTV/2009/11/30/RTV2324909/
3. http://science.howstuffworks.com/environmental/earth/oceanography/ocean-current4.htm (picture 1)
4. http://ocsenergy.anl.gov/documents/docs/OCS_EIS_WhitePaper_Current.pdf
5. http://www.gsjournal.com/2009/11/worlds-first-osmotic-power-plant-opened-in-norway/
6. http://zebu.uoregon.edu/disted/ph162/l15.html
7. http://www.greendiary.com/norway-unveils-worlds-first-prototype-of-osmotic-power-plant.html
8. http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_power
