Ngày
xưa mỗi lần đi qua phà Cần Thơ, Mỹ Thuận hay ngắm dòng sông, tôi nhận thấy dòng
sông trôi qua nhanh với một năng lượng cực kỳ lớn và mãi trường tồn với thời
gian. Tôi tự hỏi tại sao mình không đặt các turbine dưới lòng sông để có thể
làm quay các turbine phát điện nhỉ. Tuy có thể tốc độ chậm nhưng nếu tận dụng
toàn bộ năng lượng như tăng số lượng và kích thước turbine thì sẽ tạo một năng
lượng không nhỏ để phát điện. Ngày nay những quốc gia gần biển như Nhật, Hàn quốc,
Anh quốc, Hà Lan, Na Uy, Hoa Kỳ, v.v.v… đã phát minh tạo ra điện bằng cách tận
dụng lực tác dụng của sóng biển. Sóng biển rất phức tạp mà các quốc gia đang
trong vòng nghiên cứu, thiết nghĩ một ngày nào đó ở Việt nam sẽ thực hiện những
dự án khai thác điện lực từ thủy triều của những con sông lớn chằng chịt như nước
Việt Nam hiện nay và biển. Theo tính toán của các nhà khoa học, các thiết bị trạm
phát điện dưới lòng đại dương ở vùng Thái Bình Dương có nhiều tiềm năng, mỗi
năm có thể sản xuất trên 900 GW và hiện tại ở Na Uy, người ta đang xây dựng một
dự án thử nghiệm có tên là Hywind, sử dụng 1 turbine 2.3 MW, nặng 152 tấn, lắp
đặt ở độ sâu 65m trên một sàn cố định dưới thềm lục địa.
Từ
xa xưa, con người đã tận dụng sức gió từ đại dương trong các chuyến hải hành. Từ
thời cổ đại đã có thương mại quanh bờ Địa Trung Hải nhờ các thuyền buồm.
Christophe Colomb khám phá Mỹ Châu nhờ di chuyển trên tàu có cột buồm đón gió;
các di dân đầu tiên đến Mỹ Châu cũng đến bằng thuyền buồm. Gió là một tài
nguyên tái tạo và trong sạch, không tạo ra khí nhà kính. Gió làm quay các cánh
quạt, tạo ra điện năng và càng ngày các nước tận dụng sức gió để sản xuất ra điện.
Tuy nhiên, gió cũng tạo ra nhiều cái tiêu cực như cuồng phong làm hư hại nhà cửa,
đường sá, tác hại đến hàng không như với trận bão Isaac đầu tháng 9 và Sandy đầu
tháng 11 năm nay và Irène cuối tháng 8 năm 2011 đã làm hàng chục ngàn chuyến
bay nội địa ở Mỹ phải hủy bỏ vì các sân bay miền Đông Hoa Kỳ đóng cửa và làm
điêu đứng đời sống dân chúng trong những thành phố lớn nhiều ngày v.v…Gió cũng
gây ra xói mòn, tạo nhiều đồi cát di động miền Trung Việt Nam, bão sa mạc ở
Sahara và Trung Đông…
Mặc
khác lượng khí thải CO2 được thải ra từ khu vực năng lượng toàn cầu hiện đã ở mức
cao lịch sử. Với chính sách năng lượng hiện nay của các nước, nhu cầu sử dụng
năng lượng và lượng khí thải CO2 sẽ tăng thêm 35% vào năm 2020 và gấp đôi vào
năm 2050, đẩy nhiệt độ toàn cầu tăng thêm ít nhất 6 độ C.
Các
thế hệ tương lai của nhân loại phải gánh chịu hậu quả nghiêm trọng về kinh tế,
môi trường và an toàn năng lượng. Ngày 30/4/2010, Cơ quan Năng lượng quốc tế
(IEA – International Energy Agency) đã kêu gọi các nước đẩy nhanh việc áp dụng
những thành quả mới về công nghệ năng lượng sạch và tái sinh (green and
renewable energy) để cứu hành tinh khỏi hiểm họa biến đổi khí hậu. Ngày nay,
nguồn năng lượng trên trái đất ngày càng cạn kiệt và nguy cơ rủi ro của năng lượng
hạt nhân càng lớn, nhiều quốc gia trên thế giới đang tập trung đầu tư vào các
nguồn năng lượng sạch từ đại dương. Báo cáo “Theo dấu các tiến bộ về năng lượng sạch” của IEA nhấn mạnh tuy thế
giới đã đạt được nhiều tiến bộ về năng lượng tái sinh, nhưng những thành tựu
công nghệ này vẫn chậm được ứng dụng để sản xuất năng lượng sạch ngay cả ở các
nước công nghiệp phát triển, hiện chiếm tới 4/5 nhu cầu năng lượng toàn cầu.
Năng
lượng tái sinh từ đại dương bao gồm - thủy điện, gió, thủy triều, v.v.v… Đại dương
bao phủ hơn 70% bề mặt trái đất, do đó đại dương là chiếc gương thu gom năng lượng
mặt trời lớn nhất thế giới. Nhiệt lượng của mặt trời làm ấm mặt nước trên bề
mặt nhiều hơn nước dưới biển sâu, và sự chênh lệch nhiệt độ này tạo ra năng lượng
nhiệt. Chỉ cần một phần nhỏ của nhiệt bị giữ lại trong đại dương cũng có thể
cung cấp năng lượng cho cả thế giới. Cũng theo các nhà khoa học trên lý
thuyết thì chỉ cần lấy được 0.1% nguồn năng lượng từ biển khơi thì cũng hỗ trợ
được nhu cầu năng lượng của 15 tỷ người.
Nhu
cầu điện lực thế giới tăng dần thúc đẩy nhân loại không ngừng tìm tòi các nguồn
sản xuất điện lực. Thế giới đang không ngừng tìm kiếm những nguồn năng lượng mới
nhằm thay thế việc sử dụng than đá và các nhiên liệu hóa thạch để sản xuất điện.
Thực tế này cho thấy những tiến bộ công nghệ năng lượng mới có thể được thúc đẩy
nhanh hơn nữa để giảm năng lượng được sản xuất từ nhiên liệu hoá thạch thải nhiều
khí thải và đang cạn kiệt nhanh. Tuy nhiên, IEA lưu ý rằng hầu hết các tiến bộ
công nghệ năng lượng tái sinh này không được ứng dụng phổ cập để có thể góp phần
quan trọng giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính và tạo ra hệ thống năng lượng
an toàn và bền vững hơn.
Và nguồn năng lượng mạnh
mẽ đến từ đại dương đang là một trong những niềm hy vọng của các nhà khoa học
trên toàn thế giới. Bài viết sẽ bàn về những nguồn năng lượng dồi dào có khả
năng cung cấp điện từ đại dương như – sóng biển (wave energy), thủy triều
(tidal energy), Osmotic (chênh lệch độ mặng của nước), gió biển (current wind
mill) và nhiệt phát sinh từ biển (ocean thermal energy). Năng lượng thủy triều
hay điện thủy triều là lượng điện thu được từ năng lượng chứa trong khối nước
chuyển động do thủy triều. Việt Nam chúng ta cũng đang tiến hành dự án đạt quạt
gió ở vùng Bạc Liêu và Bình Thuận để sản xuất điện. Nhà máy điện gió tỉnh Bạc
Liêu đã lắp dựng thành công 7 turbine gió của giai đoạn 1 tháng 10-2012. Các hạng
mục hạ tầng nối điện như đường giây 110kV và 22kV trạm biến điện 22/110kV đang
khẩn trương thi công để hoàn thành trong tháng 10/2012. Dự án Điện gió Bạc Liêu
được xây dựng trên diện tích 500 ha, qui mô công suất là 99.2 MW bao gồm 62
turbine gió, công suất mỗi turbine là 1.6MW
trị giá tổng công cho dự án là 5 200 tỉ đồng VN. Nhà máy phong điện Bình
Thuận khởi công năm 2008, đặt tại xã Bình Thạnh, huyện Tuy Phong, Bình Thuận,
thuộc dự án phong điện do Công ty cổ phần Năng lượng tái tạo Việt Nam (REVN) đầu
tư khoảng 2 000 tỉ đồng. Toàn bộ dự án có 80 turbine với tổng công suất 120MW,
sử dụng công nghệ hiện đại của Cộng hòa liên bang Đức (theo Tuần Tin Montreal số tháng 8/2012 và Khoahoc VN.net). Dự án nhà máy điện gió Bạc Liêu chia ra
2 giai đoạn. Trong giai đoạn 1 đã hoàn thành lắp đặt 10 cột turbine, công suất
tổng cộng của giai đoạn này là 16MW và điện năng sản xuất dự tính khoảng 56 triệu
kWh/năm gần bằng với sản lượng của 30 tuabin của nhà máy điện gió tỉnh Ninh Thuận.
Giai đoạn 2 của dự án sẽ xây lắp tiếp 52 turbine còn lại. Sau khi hoàn thành, nhà
máy điện gió Bạc Liêu sẽ có tổng số 62 tuabin với tổng công suất trên 99MW và
điện năng sản xuất ra khoảng 320 triệu kWh/năm. Toàn bộ Nhà máy điện gió Bạc
Liêu được đặt dọc theo đê biển Đông, kéo dài từ phường Nhà Mát đến ranh giới tỉnh
Sóc Trăng và chiểm tổng diện tích gần 500 ha. Các turbine ở nhà máy này được sản
xuất tại Mỹ. Cột làm bằng thép đặc biệt không rỉ, cao 80m, đường kính 4m. Mỗi
turbine có 3 cánh quạt, mỗi cánh dài 42m, làm bằng nhựa đặc biệt, có hệ thống
điều khiển giúp cánh quạt tự gập lại khi gặp thời tiết xấu, bão lớn. Nhà máy điện
gió Bạc Liêu sử dụng công nghệ tiến tiến nhất tại Việt Nam và là nhà máy xây dựng
trên biển duy nhất hiện nay. Giai đoạn 2 của dự án với 52 trụ còn lại dự kiến đến
năm 2014 sẽ hoàn tất. Lúc đó Dự án điện gió Bạc Liêu không chỉ là dự án điện
gió đầu tiên ở đồng bằng sông Cửu Long mà trở thành dự án điện gió lớn nhất Việt
Nam.
Trong khi đó hiện nay một
số quốc gia cận bờ biển như Anh Quốc, Na Uy, Tích Lan, Thụy Điển, Tân Tây Lan, Nhật,
Hàn quốc và Hoa Kỳ, v.v…đã và đang triển khai hệ thống máy phát điện sử dụng năng lượng thuỷ triều. Mặc dù những dự
án khai thác điện từ thủy triều này vẫn còn đang hoạt động như mô hình prototype
vì hiệu xuất vẫn còn thấp so với giá thành sản xuất điện truyền thống tương đương
trên lục địa. Nhưng trong một tương lai gần con người chắc chắn sẽ khắc phục được
những khó khăn để khai thác một cách hiệu quả nguồn năng lượng vô tận của thiên
nhiên này…
Nguyên
nhân của thủy triều là do thủy quyển có hình cầu dẹt nhưng bị kéo cao lên ở hai
miền đối diện nhau tạo thành hình ellipsoid. Một đỉnh của ellipsoid nằm trực diện
với mặt Trăng - là miền nước lớn thứ nhất, do lực hấp dẫn của mặt Trăng gây ra.
Còn miền nước lớn thứ hai nằm đối diện với miền nước lớn thứ nhất qua tâm Trái
Đất, do lực li tâm tạo ra. Giữa hai nước lớn liên tiếp là nước ròng. Một khi vận
tốc góc (tốc độ quay) của Quả Đất không đổi thì lực li tâm lớn nhất nằm ở nơi
có bán kính quay lớn nhất khí đó là miền xích đạo của
Trái đất. Tuy nhiên bán kính quay chưa hẳn là bán kính Quả đất tại Xích đạo là
vì quả đất không hoàn toàn quay quanh trục của nó, cũng như là Mặt Trăng không
hoàn toàn quay quanh Trái đất, mà là: Hệ Quả Đất-Mặt Trăng quay xung quanh điểm
trọng tâm của hệ này. Do khối lượng của Trái đất lớn hơn của Mặt Trăng rất nhiều
nên trọng tâm của hệ Trái đất-Mặt Trăng nằm trong lòng Trái đất, trên đường nối
tâm của chúng. Khái niệm thủy triều được mở rộng trong vật lý học dành cho
chênh lệch lực tác động lên các vật thể nằm vòng sức hút không đều. Tóm lại trái Đất vừa quay vừa lắc.
Thủy
triều đạt cực đại khi mà cả Mặt Trăng và Mặt Trời cùng nằm về một phía so với
Trái Đất, và mức triều phía đối diện lúc đó sẽ xuống điểm cực tiểu. Các quốc
gia nghiên nhiều cách để trích năng lượng từ sóng.
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 song.
Theo
giới nghiên cứu khoa học, chiến lược khai thác điện thủy triều sẽ giúp tăng
sản lượng điện từ 30 000kw trong năm 2010 lên 8 triệu kw vào năm 2030 đối
với năng lượng gió đại dương, từ 530 000kw lên 3.88 triệu kw đối với
năng lượng địa nhiệt và từ 2.4 triệu kw lên 6 triệu kw đối với năng
lượng sinh khối.
Ngoài
ra, chiến lược trên cũng dự tính sản xuất 1.5 triệu kw bằng cách sử
dụng sóng biển và năng lượng thủy triều hiện đang được nghiên cứu.
Theo
Bộ trưởng Môi trường Nhật Bản thì Chính phủ Nhật Bản đang nghiên cứu
những lựa chọn để cắt giảm phần sản xuất của năng lượng hạt nhân vào
tổng sản lượng điện của nước này xuống mức 0%, 15 và 20-25% vào năm
2030 sau thảm họa hạt nhân ở nhà máy Fukushima 1 hồi năm 2009 thì
chiến lược nói trên lại cho phép lựa chọn mức 1%.
Các nhà nghiên cứu đã hoàn tất bản
nghiên cứu tiền khả thi cho một trạm thiết bị khai thác năng lượng từ sông
Detroit và đang triển khai một dự án thử nghiệm tại đây trong vòng 18 tháng. Năng
lượng gió đang cùng các nguồn năng lượng tái sinh khác dần thay thế nguồn nhiên
liệu hóa thạch, và trên thế giới đang có xu hướng chế tạo những thiết bị khai
thác phong năng lạ thường.
Scotland
sắp cho xây dựng một trang trại điện gió lớn nhất thế giới ngay tại khu vực bờ
biển phía bắc, có khả năng cung cấp 40% nhu cầu điện năng cho các hộ gia đình của
nước này. Khu
tổ hợp có trị giá hơn 7 tỷ USD là nơi lắp đặt 339 turbine trên diện tích rộng
300km2 ngoài khơi bờ biển Caithness của Scotland. Theo kế hoạch, trang trại điện
gió sẽ chính thức đi vào hoạt động từ năm 2018.
Trang
trại điện gió ngoài khơi bờ biển Caithness với công suất 1,5 gigawatt đang được
Công ty Năng lượng tái tạo bờ biển Moray - một công ty liên doanh giữa Công ty
dầu Repsol của Tây Ban Nha và Tập đoàn năng lượng EDP của Bồ Đào Nha phát triển.
Trong đó, Tập đoàn Tam Hiệp - một công ty với vốn đầu tư nhà nước của Trung Quốc
đang là đơn vị nắm cổ phần chính trong kế hoạch xây dựng trên.
Giới nghiên cứu khoa học cũng như
các chính phủ kêu gọi việc đưa vào áp dụng những công nghệ hiệu quả
hơn đối với việc sản xuất điện dựa trên năng lượng địa nhiệt và năng
lượng sinh khối, và việc phát triển các công nghệ dành cho sản xuất
điện bằng sóng biển và năng lượng
thủy triều.
Nguyễn Hồng Phúc sưu tầm và nghiên cứu
Mời xem tiếp phần 2
Nguyễn Hồng Phúc sưu tầm và nghiên cứu
Mời xem tiếp phần 2
