Khai thác năng lượng đại dương cho mục tiêu Net Zero

Năng lượng đại dương là vô tận

Theo Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ (EIA), Trái Đất là một quả bóng ‘năng lượng’ khổng lồ nhưng đang bị bỏ ngỏ. Ví dụ, gió thổi qua những cánh đồng không có tua-bin, ánh sáng mặt trời chiếu vào những tấm lợp nhựa đường màu đen và sóng biển liên tục đập vào bờ biển trên mọi miền thế giới. Tiềm năng năng lượng hằng năm theo lý thuyết của những con sóng đập vào bờ biển Hoa Kỳ vào khoảng 2,64 nghìn tỷ kilowatt giờ, hay chiếm khoảng hai phần ba tổng sản lượng điện của cả quốc gia này vào năm 2021. Năng lượng sóng có thể chiếm khoảng 10 - 20% trong hỗn hợp năng lượng tái tạo của Hoa Kỳ hiện nay.

Điện lưới chỉ là một cách ứng dụng đối với các bộ chuyển đổi năng lượng sóng (WEC). Vì vậy công ty C-Power có trụ sở tại Oregon, Hoa Kỳ hiện đang phát triển các thiết bị “dây và cáp Ethernet dẫn tới đại dương”.

“Đại dương là nguồn pin lớn nhất, tốt nhất và linh hoạt nhất mà nhân loại hiện đang sở hữu. Nếu không khai thác được nguồn pin này, vô tình chúng ta đang bỏ phí nguồn năng lượng sạch vô cùng dồi dào”, Reenst Lesemann, CEO của C-Power, nói với báo giới.

C-Power là một trong nhiều công ty đang khám phá cách các đại dương cung cấp năng lượng cho con người trong khuôn khổ dự án có tên PacWave. PacWave sẽ là cơ sở thử nghiệm năng lượng sóng đầu tiên tại lục địa Hoa Kỳ và là một trong số ít các cơ sở tương tự trên toàn cầu.

Năng lượng sóng có thể cung cấp electron vô hạn cho các nhiệm vụ dưới biển sâu, cung cấp năng lượng ngoài khơi cho các cộng đồng ven biển xa xôi, cung cấp năng lượng cho các cảm biến luôn bật được thiết kế để thăm dò môi trường sống dưới biển sâu và cải thiện hàng nghìn tua-bin gió đã neo ngoài khơi, đồng thời tạo ra mạng lưới an toàn năng lượng tái tạo quan trọng khi mặt trời không chiếu sáng và gió không thổi.

Nỗ lực đầu tiên trong việc thu gom năng lượng sóng được con người quan tâm từ những năm 70 ở thế kỷ trước, khi Vương quốc Anh bắt đầu đầu tư vào các phương tiện năng lượng thay thế sau Cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973, lệnh cấm vận dầu mỏ áp đặt lên Hoa Kỳ trong cuộc chiến tranh Ả Rập - Israel cùng năm. Người tiên phong trong nghiên cứu này là Stephen Salter, một giáo sư kỹ thuật tại Đại học Edinburgh, ông đã thiết kế những chiếc phao có hình dạng động gọi là "vịt" (được đặt tên như vậy vì thiết bị này nhấp nhô trên mặt nước giống như một loài chim nước để khai thác năng lượng).

Từ sau dự án ‘vịt” của Stephen Salter, làn sóng đầu tư năng lượng thay thế tăng trưởng mạnh, nhiều công ty ra đời có thể thực hiện được giấc mơ về năng lượng sóng trong số này có dự án PacWave của C-Power có trụ sở tại Oregon.

Vừa nghiên cứu điện từ sóng vừa nghiên cứu môi trường biển

Theo Dan Hellin, Phó Giám đốc PacWave, dự án PacWave gồm 2 cơ sở ở phía bắc và phía nam, mỗi địa điểm chỉ cách cảng nước sâu Newport, Oregon vài dặm trên Thái Bình Dương. Cả hai địa điểm của PacWave đều có thể tiếp cận dễ dàng và được phục vụ bởi chuỗi cung ứng hàng hải đa dạng. Việc lắp đặt cáp ngầm và cáp trên cạn PacWave South hiện đang được tiến hành cờ ở trí phía bắc, hiện đã đi vào hoạt động, thử nghiệm các nguyên mẫu nhỏ hơn nhưng ở vùng nước nông hơn, được bố trí gần cảng và không được kết nối với lưới điện trên đất liền.

Khi đi vào hoạt động vào năm 2025, PacWave phía nam sẽ có khả năng chứa 20 bộ chuyển đổi năng lượng sóng. Các trạm này sẽ được chia thành bốn bến thử nghiệm, mỗi bến có cáp truyền riêng được kết nối với trung tâm giám sát và kết nối tiện ích trên đất liền (UCMF) đạt tại khu giải trí tiểu bang Driftwood Beach ở phía nam Newport. Cơ sở này cho phép các nhà khoa học giám sát các máy tạo sóng theo thời gian thực.

Vào tháng 7 năm 2024, các đội bắt đầu lắp đặt cáp kết nối các bến thử nghiệm này với lưới điện trên đất liền.

Theo GS.TS Burke Hales ở Đại học bang Oregon và là nhà khoa học trưởng tại PacWave, việc tạo ra cơ sở thử nghiệm dọc theo bờ biển Oregon, cũng như đặt các thiết bị thử nghiệm trong vùng nước của nó, để kiểm chứng một số mối nguy hiểm về môi trường. Ví dụ, tiếng ồn của đại dương có thể ảnh hưởng đến quá trình di cư của động vật có vú biển, phần cứng có thể làm vướng víu động vật hoang dã (đặc biệt là nếu lồng cua di cư đến địa điểm thử nghiệm) và các cấu trúc rạn san hô nhân tạo có thể tạo ra môi trường sống cho cá mú và bạch tuộc, những kẻ săn bắt cá bẹt như cá bơn, một loài trước đây an toàn ở khu vực này khỏi những loài săn mồi như vậy.

“Ngoài nghiên cứu sinh điện từ sóng, PacWave còn giúp nghiên cứu các vấn đề về môi trường biển, đặc biệt là giám sát hệ sinh thái đáy biển và những gì diễn ra trong nguồn nước sâu mà lâu nay còn ít được quan tâm”, giáo sư Burke Hales nói thêm.

Điện từ sóng sẽ được kết nối trực tiếp vào lưới điện

Khi một phần của dự án PacWave được đưa vào hoạt động năm 2025, các kilowatt thử nghiệm đầu tiên sẽ không bị giới hạn trong phòng thí nghiệm. Dự án được kết nối trực tiếp vào lưới điện địa phương, do Central Lincoln Peoples Utility District (PUD) vận hành và sẽ cung cấp năng lượng cho cư dân Newport. Điều này sẽ giúp các nhà phát triển có ý tưởng về mức độ cạnh tranh của năng lượng sóng so với các nguồn khác. Ở công suất tối đa, PacWave sẽ cung cấp năng lượng tương đương với 2.000 ngôi nhà từ các electron do sóng biển tạo ra - một sản lượng nhỏ nhưng mang lại ý nghĩa to lớn

Ưu điểm của PacWave rất đa dạng, phụ thuộc vào cách khai thác, các cộng đồng xa xôi có thể được hưởng lợi nhiều nhất. Các tiện ích của trang trại sóng có thể được tích hợp với một trang trại gió nổi ngoài khơi. Các công nghệ đó sẽ phải được tích hợp với nhau… chia sẻ hệ thống neo đậu và neo với các tua-bin gió tạo thành một liên hợp đồng bộ, bền vững. Tất cả các hoán vị WEC khác nhau này, cho dù là cung cấp năng lượng cho tàu nghiên cứu, hay cho mảng cảm biến đáy biển hoặc toàn bộ cộng đồng trên bờ - sẽ được tích hợp, thử nghiệm thực tế đầu tiên tại PacWave.

Trong khi các nguồn tài nguyên tái tạo khác vẫn đang tiếp tục được khám phá, sự ra đời của năng lượng sóng có thể vẫn là một nguồn tài nguyên hùng hậu nhất mà thiên nhiên mang đến cho con người.

“Hy vọng cuộc chiến Net Zero, cam kết phát thải ròng bằng 0, đang đến gần để đối phó với những biến đổi khí hậu cực đoan vào năm 2050, dự án PacWave sẽ là ứng viên sáng giá và giúp tăng tốc độ mọi thứ, mang lại cho con người những nguồn năng lượng xanh - sạch vô tận”, GS Burke Hales khẳng định.

Tiềm năng năng lượng sóng biển của Việt Nam

Năng lượng sóng biển Việt Nam trên lý thuyết có thể nằm trong top 10 nước có tiềm năng năng lượng sóng biển tốt nhất thế giới. Dự báo này dựa trên kết quả nghiên cứu của các chuyên gia Viện Nghiên cứu Biển và Hải đảo. Theo đó, tổng công suất năng lượng sóng là 212TWh/năm, chiếm gần 1% tổng giá trị toàn cầu, đạt 90% nhu cầu điện năng hiện tại của Việt Nam là 230TWh/năm. Riêng khu vực ven biển từ Quảng Ngãi - Ninh Thuận có tiềm năng năng lượng sóng biển tốt nhất trên dải bờ biển Việt Nam. Tiếp theo đó là khu vực bờ biển Quảng Bình - Quảng Nam, Bình Thuận - Bạc Liêu.

Ở Việt Nam, vấn đề nghiên cứu và sử dụng năng lượng sóng biển chưa được quan tâm nhiều, nhưng với các hòn đảo vùng ven biển, điện từ sóng biển có thể trở thành nguồn năng lượng tiềm năng và vô tận khi giá thành điện từ nguồn năng lượng này mang tính cạnh tranh.

Theo Quyết định số 1208/QĐ-TTg phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến năm 2030 với mục tiêu cung cấp đủ nhu cầu điện trong nước, sản lượng điện sản xuất và nhập khẩu năm 2015 khoảng 194 - 210 TWh; năm 2020 khoảng 330 - 362TWh; năm 2030 khoảng 695 - 834TWh. Như vậy nếu sử dụng được điện năng từ sóng biển, đặc biệt khi công nghệ sản xuất điện sóng ngày càng tiến bộ, điện từ sóng biển sẽ có thể đóng góp vai trò quan trọng trong việc sử dụng năng lượng xanh, đa dạng hóa nguồn năng lượng góp phần trong an ninh năng lượng quốc gia thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội.

Viện Nghiên cứu Biển và Hải đảo cho biết, việc chuyển điện từ đất liền ra các đảo ven bờ do Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã và đang thực hiện là công việc cần thiết trong giai đoạn mở rộng hoạt động phát triển kinh tế biển, đảm bảo an ninh quốc phòng của đất nước hiện nay. Nhưng tương lai, xu hướng này có thể được thay thế bằng việc chuyển điện sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo có tiềm năng lớn trên vùng biển và các đảo vào đất liền, cũng như xu hướng hình thành các đảo được cung cấp 100% điện từ nguồn năng lượng tại chỗ.

Để phát huy các tiềm năng năng lượng tái tạo to lớn của vùng biển và các đảo ven bờ biển, Việt Nam cần triển khai đồng bộ nhiều giải pháp, trong đó đáng lưu ý là các giải pháp xây dựng Luật Năng lượng tái tạo, xóa bỏ dần các trợ cấp nhà nước cho sản xuất điện truyền thống (nhiệt điện và thủy điện), đầu tư kinh phí đánh giá tiềm năng các dạng năng lượng tái tạo ở các vùng biển ven bờ, tạo điều kiện khuyến khích các nhà đầu tư thực hiện các dự án sản xuất điện từ nguồn năng lượng tái tạo ở các vùng biển ven bờ để sản xuất mà lâu nay vẫn đang bỏ phí.