Năng Lượng Từ Biển
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.
Trong khi đó bên Hoa Kỳ các nhà nghiên cứu đã hoàn tất bản nghiên cứu tiền khả thi cho một trạm thiết bị khai thác năng lượng từ dòng chảy ở sông Detroit và đang triển khai một dự án thử nghiệm tại đây trong vòng 18 tháng. Những dòng nước sông chảy chậm hoàn toàn có thể trở thành nguồn năng lượng thay thế đầy tiềm năng. Nhóm nghiên cứu Trường ĐH Michigan (Hoa Kỳ) dưới sự hướng dẫn của GS Michael Bernitsas từ năm 2005 đã chứng minh điều này bằng chiếc máy mô phỏng hoạt động bằng vòng xoáy nước (Vortex), những dao động của dòng nước chảy nhấp nhô tạo thủy động lượng (hydrokinetic), tạo ra lực thế năng (potential energy) đẩy những phao hình trụ tròn cylinder nằm ngang lên xuống. Những động tác lên xuống của các phao trụ tròn này làm chạm nam châm biến thành dòng điện DC – hình số 1. Dòng điện DC sẽ được chuyển sang AC trên bờ biển. Sự dao động của nước biển đẩy phao hình trụ tròn nằm ngang lên xuống bằng vòng xoáy như vòng xoáy của gió đẩy cánh máy bay lên trời (buoyancy force) [19].
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, gây sạt lở đất đê hay bờ biển, tác hại đến hàng không như với trận bão Isaac đầu tháng 9, Irène cuối tháng 8 năm 2011 và Sandy cuối tháng 10 năm 2012 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.
Biến đổi khí hậu, nước biển dâng, thiên tai ngày càng khốc liệt hơn do loài người đã sử dụng quá nhiều nhiên liệu hóa thạch. 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. Từ năm 1973, Cơ quan năng lượng quốc tế (IEA) đã tiến hành nghiên cứu để khai thác năng lượng từ sóng biển tại một số nước tiên tiến như Hoa Kỳ, Bồ Đào Nha, Úc, Anh, Pháp… Đến năm 2003, Bồ Đào Nha là nước đầu tiên trên thế giới có tổ hợp phát điện từ sóng biển, với công suất khoảng 30 MW; giá thành của nó tương đương với điện gió.[15]
Gió hấp thụ năng lượng mặt trời và truyền nhiệt vào nước. Gió cũng tạo ra sóng. Gió biển từ đại dương có nhiều tiềm năng chứa năng lượng vì thế chúng ta không tách rời khả năng của gió biển. Ngoài gió biển, năng lượng tái sinh từ đại dương còn bao gồm thủy điện và thủy triều. Đại dương bao phủ hơn 71% 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 1% nguồn năng lượng từ biển khơi thì cũng hỗ trợ được nhu cầu năng lượng của 15 tỷ người.
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 trình bày sơ lượt đại cương 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 mặn của nước), gió biển (current wind mill) và nhiệt phát sinh từ biển (ocean thermal energy).
1. Năng lượng từ thủy triều và sóng biền
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. Các quốc gia bờ biển náy cũng đã và đang triển khai những hệ thống phát điện bằng cách 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 công suất vẫn còn thấp và giá thành cao so với thủy điện truyền thống tương đương trên lục địa. Vấn đề vận chuyển vào các thành phố, những khu đông dân cư vẫn còn là một vấn đề về hiệu quả kinh tế. 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.
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.
Mật độ (density) tạo năng lượng thay đổi theo từng vùng biển theo một nghiên cứu của tập đoàn Intech [17] thì năng suất có thể từ 10 đến 120kW/m. Những vùng biển có mật độ năng lượng cao nhất là phía bắc Anh quốc, phía tây Canada và Hoa Kỳ, Nam Phi, phía tây của Úc và Tân Tây Lan và Nam Mỹ…Hơn nữa ngày nay những quốc gia gần biển như Nhật, Hàn quốc, Anh quốc, Hà Lan, Na Uy, Canada, Nam Mỹ và Hoa Kỳ, v.v.v… đã phát minh nhiều thiết bị biến điện bằng cách tận dụng lực tác dụng của sóng biển. 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…
Năng lượng từ thủy triều:
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. Bình thường, sự chênh lệch mực nước giữa triều dâng và triều hạ khoảng 0,5m. Tuy nhiên, một số vùng bờ biển với vịnh hẹp có sự chênh lệch rất lớn giữa hai mực nước triều. Khi thủy triều lên, nước đổ vào vịnh và khi thủy triều xuống thì nước trong vịnh chảy ra ngoài khơi. Trên nguyên tắc, hai lần mỗi ngày, ở cửa vịnh sẽ có một luồng nước chảy vào vịnh rồi chảy ngược ra khơi. Nếu xây một đập ở cửa vịnh và lắp đặt một bộ turbine chạy hai chiều thì có thể sản xuất điện. Vịnh dùng làm hồ tích năng. Gió làm cho mức nước lên xuống với một tần số và biên độ tùy ở địa điểm. Biến đổi mức nước đó đã được dùng để sản xuất điện cho những cọc tiêu phát tín hiệu đặt ở ngoài khơi. Có nơi đã thử sản xuất điện để tải về dùng ở đất liền. Nước đại dương di chuyển từ nơi này nơi nọ. Những luồng nước lớn đó có thể được thu dẫn để chạy một chân vịt tương tự như một quạt gió và sản xuất điện.
Thí dụ như cửa vịnh Fundy ở bang Nova Scota (Đông Nam Canada), có mức triều lớn nhất thế giới, độ chênh lệch có thể lên đến 16m. Bằng cách xây đập bắc ngang qua vịnh, ta có thể điều khiển được nguồn năng lượng này để tạo ra điện năng.
Đập thủy điện Rance Tidal Power Station nằm về phía tây bắc Pháp, phía nam thành phố St-Malo là cửa sông đổ về biển là công trình đập phát điện từ thủy triều lớn nhất thế giới. Đập được khởi dựng xây năm 1960 và đưa vào hoạt động ngày 26 tháng 11 năm 1966 với công suất 240MW. Công suất hữu ích là 62MW (26%). Bên trong đập thủy triều có 24 turbines có thể quay với sự chênh lệch thủy triều hai bên thượng và hạ lưu đập (từ 8m đến 13m). Hai thủy triều mỗi ngày. Công trình đập điện thủy triều này cung cấp điện lực cho 130 000 hộ gia đình. Tuy nhiên vì thủy triều xảy ra 2 lần mỗi ngày nên điện từ gió và mặt trời được sử dụng khi thiếu hụt. 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 giòng nước.
Nguyên tắc 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.
Ở bang Severn Wales Anh quốc người ta cũng đang nghiên cứu công trình xây đập thủy điện từ thủy triều. Nếu hoàn thành thì đây sẽ là thiết bị lớn thứ hai sau Rance ở Brittany Pháp. 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. Hiện nay, các trạm điện thủy triều đang hoạt động ở Pháp, Nga, Trung Quốc và Nova Scotia Canada. Tuy nhiên, năng lượng thủy triều không phải là một nguồn năng lượng quan trọng trên toàn thế giới, bởi vì chỉ có một số ít các vị trí có mực nước triều dâng cao đủ để việc phát điện mang tính khả thi.
Như trình bày ở trang 1, thiết bị VIVACE đã được nghiên cứu và thí nghiệm trong Lab của đại học Michigan để áp dụng vào những nơi có dòng nước với tốc độ thấp đến 1m/s như những dòng sông Hậu Giang và Tiền Giang. Bộ Năng Lượng Liên Bang Hoa Kỳ (Department of Energy) có những quy luật rõ ràng về các thiết bị phát điện từ sông và biển như sau:
- Mật độ/hiệu quả cao về biến đổi năng lượng
- Không được cản trở vấn đề lưu thông
- Không làm giảm giá trị địa ốc quanh vùng
- Chi phí bảo trì thấp
- Chắc chắn để đối phó với mọi tình huống thời tiết xấu nhất
- Hoạt động ít nhất trong vòng 10 đến 20 năm và
- Đầu tư phải được thu hồi
Theo các GS và TS nghiên cứu kỹ thuật VIVACE thì những thiết bị này hội đủ điều kiện của DOE. Thiết bị VIVACE là môt tập hợp nhiều phao ống cylinder kết hợp nằm ngang. Dòng nước chảy nhấp nhô với dao động lực VIV đẩy các phao ống lên xuống và làm các hệ thống nam châm thẳng đứng phát thành điện DC.
Sáu loại thiết bị VIVACE với những độ lớn khác nhau được nghiên cứu và bảng trên đây trình bầy kết quả.
Giá sản xuất điện từ thiết bị VIVACE được tính ra như sau:
Như vậy một thiết bị VIVACE được tính toán kỹ lại thì giá sản suất điện cũng có khả năng cạnh tranh competitive lắm chứ và đáng được nghiên cứu sâu xa hơn để sớm được đưa vào thực nghiệm trước khi xây dựng các nhà máy điện hạt nhân.
Năng lượng sóng biển chìm Archimede (AWS):
Sóng biển và độ dao động của từng cơn sóng không ổn định. Chu kỳ và khoảng cách giữa hai làn sóng biển cũng khó xác định. Mực nước biển lên cao xuống thấp theo thủy triều. Nhưng việc biến đổi năng lượng điện từ sóng biển đòi hỏi sự ổn định, liên tục và lâu dài. Hiện nay có nhiều cách chuyển đổi điện từ sóng nhưng chúng tôi muốn bàn qua vài phương pháp thông dụng nhất mà các nhà khoa học đang bỏ công nghiên cứu. Đó là AWS (Archimede Wave Swing), WD (Wave Dragon) và Pelamis System.
Phương pháp AWS 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 piston cũng chuyển động lên xuống. Những động tác lên xuống của các piston làm chạm nam châm biến thành dòng điện DC (linear generator).
Tương tự một dự án vĩ đại đang được thực hiện ở bang Victoria Úc mà phần kỹ thuật do hãng Lockheed Martin và OPT (Ocean Power Technology) đảm trách. Trạm phát điện phao (PowerBuoy) sản xuất điện hoàn toàn tự động, dựa vào động năng của sóng biển trên cơ sở tận dụng sự lay động dập dờn của phao lớn, nổi sát mặt nước, có một hệ pít-tông, xi-lanh hai chiều, liên tục nén ép làm quay máy phát chìm dưới nước.
Những phao này đường kính có thể tới 20 mét. Đường kính cylinder cũng khoảng 2 mét. Nguyên mẫu này Hải quân Hoa Kỳ đã từng phát triển cho các trạm radar ở biển xa. Theo Demo, trụ của trạm phát điện được tàu kéo đến các vùng biển nhiều sóng lớn, sau khi neo lại, phao bồng bềnh lên xuống liên tục. Biên độ sóng càng lớn, điện phát càng khỏe. Bên trong máy phát điện có cơ cấu cơ khí để điều tốc, sao cho dòng điện phát ra luôn ổn định. Dây cáp nguồn ngầm dưới đáy biển dẫn điện vào bờ.
Dự kiến bờ biển Nam Úc sẽ là nơi triển khai dự án này, với 45 trạm phát điện, công suất thu được sẽ là 19 MW, đủ điện dùng cho 10 000 hộ sinh hoạt bình thường ở Australia. Nếu phát triển 200 trạm phát điện phao có thể sản xuất lên đến 100 MW, thì đây là dự án năng lượng sóng lớn nhất trên thế giới. [17]
Năng lượng biển theo thiết bị Wave Dragon Topping Device – WD:
Wave Dragon là việc chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện. Nó thuộc loại đập tràn có thể được sử dụng đơn lẻ hay kết tổ hợp để tạo một nhà máy điện truyền thống. Những hệ thống WD này thường được xây dựng gần bờ biển để giá đầu tư ban đầu và việc giảm công suất điện ở mức thấp nhất. Hệ thống này bao gồm một hồ chứa lớn, ramp và turbine chạy bằng nước.
Sóng biển tràn lên bờ dốc (ramp) và được hứng đầy trong hồ chứa lớn bởi hai cánh tay lớn (reflector). Hồ nằm cao hơn mực nước biển tạo nên áp suất để thoát và làm quay turbine, chuyển biến thành điện. Một trong những điểm chính của WD là nó sẽ được liên tục điều chỉnh thay đổi và thích nghi
với chiều cao của sóng. Điều này đạt được bằng cách thay đổi áp suất khí trong các phao nổi để nâng dàng WD. Hệ thống biến đổi điện theo design này đang được nghiên cứu để thử nghiệm ở nhiều nơi như Nissum Breding, Đan Mạch, Milford Haven ở Irish Sea và Vancouver Canada. Do kích thước tương đối lớn vì vậy việc bảo trì và công tác sửa chữa lớn cũng có thể thực hiện trên biển dẫn đến chi phí vận hành và bảo trì thấp hơn so với các sự biến đổi khác[10][12]. Theo GS Robertson thuộc đh Guelph University thì một hệ thống WD với công suất 7000kW được nghiên cứu cho vịnh Vancouver và Charlotte Island. Cũng theo sự nghiên cứu của vị GS này thì công suất lý thuyết của hệ thống WD được tính như sau:
Như nói ở trên công suất tối đa của mỗi hệ thống WD là 7000kW. Tuy nhiên hệ thống không phải lúc nào cũng cung cấp công suất tối đa. Vì thế rất quan trọng áp dụng một yếu tố công suất an toàn cho hệ thống này. Theo các nhà nghiên cứu nên dùng một hiệu suất 76.2% cho hệ thống WD là tốt nhất. Dự án Vancouver Island sẽ dùng 51.5% chứ không phải 76.2%. Bán đảo Vancouver cần một công suất 200MW cho 10% dân cư sống trên đảo. Vì thế dự án sẽ khai thác một mạng lưới (electrical grid) gồm 56 hệ thống WD.
Năng lượng theo thiết bị Pelamis[10]
Hệ thống Pelamis nằm trong lòng biển sâu, gồm nhiều phao nổi hình dáng cylinder dài nửa chìm nửa nổi trên mặt biển, nối nhau bằng những bản lề (hinge). Sóng biển làm chuyển động mạnh hệ thống phao, nó tác động mạnh vào hệ thống bơm thủy lực (hydraulic energy) làm quay turbin phát điện. Hàng loạt thiết bị tương tự sẽ kết nối với nhau, làm cho turbin hoạt động liên tục. Dòng điện được truyền qua giây cáp ngầm dưới đáy đại dương dẫn vào bờ, nối với lưới điện, cung cấp cho hộ sử dụng.
Nếu xây dựng nhà máy điện có công suất 30 MW sẽ chiếm diện tích mặt biển là 1km2. Mỗi cylinder dài 130m với 3.5m đường kính (Yemm et al 2008) được chế bởi hãng Pelamis Power Ltd-UK có công suất 750 kW.
Những cylinder này bị sóng đánh chồng chềnh lên xuống sẽ ép ram thủy lực. Chất lỏng liquid bị đè nén sẽ đẫy động cơ và generator để phát điện. Vì yếu tố công suất của hệ thống Pelamis thấp hơn tất cả, khoảng 20.9%, cho nên với công suất 750kW mỗi hệ thống Pelamis, đảo Vancouver sẽ cần trang bị 1 276 hệ thống Pelamis để thỏa mãn 10% nhu cầu của đảo.
Hệ thống Limpet (Land Installed Marine Powered Energy Transformer)
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. Sự thay đổi chiều cao cột nước làm quay tuốc bin tạo ra điện năng, mỗi máy Limpet có thể đạt từ 250 KW đến 500 KW.
Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã cố công biến năng lượng sóng thành năng lượng có ích. Nhưng các con sóng quá phân tán, nên rất khó khai thác một cách kinh tế. Hiện nay đã có nhiều công ty lắp đặt hệ thống thương mại trên thế giới sản xuất điện trực tiếp từ sóng biển.
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.
Năng lượng từ sự chênh lệch nhiệt độ (Ocean Thermal Energy Conversion gọi tắt là OTEC)
Áp dụng đầu tiên của hải năng là khai thác sai biệt nhiệt độ nước ở trên mặt biển và nhiệt độ thấp hơn ở sâu dưới đáy biển. Sai biệt này có thể lên tới hơn 50°C ở những vùng nhiệt đới. Gần đây không thấy ai nói đến nữa. Nhiệt độ lớp bề mặt và lớp sâu ở biển nhiệt đới và cận nhiệt đới chênh lệch nhau có thể tới 25 độ C (40 độ F). Nguyên lý biến chênh lệch nhiệt độ nước đại dương thành điện là: sử dụng các chất có điểm sôi thấp làm môi giới như CH3, He… trong máy làm bốc hơi. Do tác dụng của nước biển nóng trên 25 độ C, các chất môi giới này ở trạng thái lỏng sẽ bốc hơi, tạo ra áp lực lớn dưới dạng khí và đi qua đường ống, làm quay máy phát điện. Nhiệt độ lớp bề mặt và lớp sâu ở biển nhiệt đới và cận nhiệt đới chênh lệch nhau có thể tới 250C. Người ta có thể áp dụng sự chênh lệch về nhiệt độ biển để dùng trong hệ thống điện lạnh của những building nằm cạnh bờ biển. Đây là nguồn năng lượng cực kỳ to lớn mà con người muốn khai thác sử dụng. Theo các nhà khoa học thi tiềm năng của loại năng lượng này có thể khai thác ước tính đến 50 tỷ kw.
Hawaii là tiểu bang thu hút nhiều du khách nhất Hoa Kỳ. Tuy nhiên bang này nhập cảng nhiên liệu ồ ạt để thỏa mãn nhu cầu nhiên liệu như xăng, dầu, khí đốt và điện lực. Vì thế chính quyền xúc tiến nghiên về phát triển nhiệt điện (OTEC – Ocean Thermal Energy Conversion). Trong một Hội Thảo Diễn Đàn giữa các chuyên gia về Đại Dương Học tổ chức ngày 22 đến 24 tháng 6 năm 2010 tại Honolulu. Họ bàn rất nhiều về ảnh hưởng và đưa ra nhiều đề nghị để kiểm soát môi trương cho những thiết bị OTEC như sau:
- Cửa hút và vận tốc nước lạnh ở độ sâu biển có thể hút sinh vật như cá nhỏ và rùa
- Vấn đề thải hay rò rỉ chất môi giới CH4 hay biocide ra biển làm hại đến rong rêu, siêu sinh vật…
- Đặt camera theo dỏi sinh vật chung quanh thiết bị OTEC, v.v….
Năng lượng từ 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.
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.
Hai chuyên gia tên A.T Jones và W. Finley đưa ra ý kiến về nghiên cứu và phát triển kỹ thuật sản suất điện từ chênh lệch độ mặn như sau [23]:
- Giá đầu tư ban đầu rất cao,
- Máy móc với hiệu suất chưa đạt mức cao nhất như mong muốn,
- Màng thẩm thấu rất dễ bị rách làm tăng cao chi phí bảo trì lâu dài.
Như vậy, có thể nói nguồn năng lượng từ biển là rất lớn và nguồn năng lượng này sẽ ảnh hưởng tối thiểu 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 tương đối thấp hơn, tính an toàn cao, không cần một bộ máy điều hành lớn và phức tạp.
2. Tình hình năng lượng ở Việt Nam
Nhu cầu điện tại Việt Nam dự đoán là 133.4 tỉ kWh năm 2013 tăng 11% so với 2012. Việt nam nhập 3.5 tỷ kWh từ Trung quốc, tăng 1 tỷ kWh. Nguồn thủy điện cung cấp 40%, dầu cặn 33% và than đá 22%, phần còn lại từ các nguồn năng lượng tái tạo khác như thủy điện, gió biển, sinh khối, rác thải sinh hoạt và mặt trời. Cùng năm 2013 chính quyền VN đang tiến hành các dự án đặt quạt gió ở vùng Bạc Liêu và Bình Thuận để sản xuất điện từ gió biển. 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 turbine 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 turbine 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. 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 tân 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 cuối 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.
Cũng như bờ biển tây Canada và Hoa Kỳ, Việt Nam có bờ biển rất dài. Quanh năm sóng biển vỗ bờ. Năng lượng chuyền từ sóng biển rất phức tạp vì vấn đề thiếu kinh nghiệm tường tận về lý thuyết sóng và những ảnh hưởng môi trường xấu đối sinh vật dưới biển. Nhiều GS và khoa học kỹ thuật gia đang nghiên cứu sự lợi hại cũng như hiệu quả kinh tế những kỹ thuật khác nhau để cung cấp điện từ biển trước khi thực hiện những nhà máy điện hạt nhân. Hiện nay những dự án khai thác điện lực từ thủy triều của những con sông lớn chằng chịt như nước Việt Nam và dọc 3 200 km bờ biển có nhiều triển vọng[11] . Trước nhu cầu sử dụng năng lượng đang gia tăng nhanh ở các quốc gia công nghệ thì việc khai thác sớm các nguồn năng lượng từ biển rất cần thiết không những góp phần giảm gánh nặng về cung cầu năng lượng khi các nguồn năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt mà có ý nghĩa to lớn trong việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững [12].
Hiện tại ở Việt Nam có 5 loại năng lượng tái tạo đã được khai thác để sản xuất điện. Theo thống kê chưa đầy đủ, tổng công suất lắp đặt khoảng 1 215 MW. Các nguồn năng lượng tái tạo đang được khai thác là: thuỷ điện nhỏ (1000 MW), sinh khối (152 MW), rác thải sinh hoạt (8 MW), mặt trời (3 MW) và gió biển (52 MW). Thực trạng khai khác năng lượng tái tạo còn rất nhỏ so với tiềm năng chiếm khoảng 3.4%. Trong khi đó theo Quy hoạch điện của chính phủ, chỉ tiêu được đặt ra là tăng tỷ lệ điện năng sản xuất từ các nguồn NLTT chiếm 3.5% năm 2010 lên 4.5% và 6% vào năm 2020 và năm 2030. Một yếu tố quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển năng lượng tái tạo đó là đầu tư nghiên cứu về công nghệ năng lượng tái tạo để áp dụng những công nghệ phù hợp nhất cho việc khai thác và sử dụng năng lượng tái tạo với từng vùng, miền ở Việt Nam. Đồng thời giúp chủ động được công nghệ trong quá trình khai thác, sử dụng năng lượng tái tạo. Với bối cảnh hiện nay và dự báo trong thời gian tới cần có giải pháp cụ thể để nâng mức phát triển năng lượng tái tạo cao hơn… Theo chương trình Môi trường Liên Hiệp Quốc (UNEP) dự đoán rằng mực nước biển ở 8 nơi ở các quốc Hoa Kỳ, Việt Nam, Bangladesh, Nhật, Ấn Độ, Hà Lan, Philippine và Trung quốc sẽ dâng 9cm năm 2010, 33cm vào năm 2050, 45cm năm 2070 và 1 m năm 2100. Khi mực nước biển tiếp tục không những tăng thì nguy cơ ngập tĩnh, xói mòn và lũ lụt mà có khả năng làm tăng độ mặn của nước bề mặt và nước ngầm gần khu vực ven biển. Trong mùa cạn, triều lên làm xuất hiện dòng chảy ngược từ biển vào sông trong những thời gian nhất định. Tại Cần Thơ, tốc độ dòng chảy ngược trung bình từ 0.60 – 0.80 m/s, lớn nhất có thể đạt 1.25 m/s (ngày 18/4/1988); Tại Mỹ Thuận, tốc độ chảy ngược lớn nhất có thể đạt 1.12m/s (ngày 24/4/1978). Mực nước đỉnh triều lớn nhất trung bình tại Tân Châu khoảng 1.70 m; tại Châu Đốc (cách biển 190 km) khoảng 1.50 m và tại Cần Thơ (cách cửa biển 123 km) là 1.24 m. Đồng bằng Cửu Long Việt Nam chịu ảnh hưởng của 2 chế độ thủy triều; vùng đất tiếp giáp Biển Đông chịu chế độ bán-nhật-triều (semi-diurnal, trong 24 giờ ngày-đêm có 2 lần mực nước lên và 2 lần mực nước xuống), ngược lại vùng đất tiếp cận Biển Tây (Vịnh Thái Lan) chịu chế độ toàn-nhật-triều (diurnal, trong 24 giờ ngày-đêm có 1 lần mực nước lên, và 1 lần mực nước xuống). Biên độ triều trung bình tại cửa biển khoảng 3.0 – 3.5 m trong kỳ thủy triều lớn. Biên độ triều lớn nhất trong chu kỳ 18 năm đạt trên 4.0 m. Trong thời gian mùa cạn, dòng chảy ở thượng nguồn Cửu Long về nhỏ, chế độ dòng chảy của sông Tiền và sông Hậu hoàn toàn bị chi phối bởi chế độ thuỷ triều ở biển Đông. Thời gian truyền triều từ cửa biển đến Tân Châu, Châu Đốc khoảng 7 – 8 giờ. Tốc độ truyền triều trung bình trên sông Tiền – đến Tân Châu, khoảng 25 – 30 km/giờ (7m/s); trên sông Hậu – đến Châu Đốc, chậm hơn, khoảng 22 – 24 km/giờ (6m/s). Các chuyên gia Việt Nam nên phân tích lợi hại tất cả những kỹ thuật trình bày trên đây. Hơn nữa kỹ thuật VIVACE rất đáng được các nhà khoa học và chính quyền ở Việt Nam quan tâm nghiên cứu để trang bị trên những dòng sông lớn.
Đặt các thiết bị phát điện trên những dòng sông cũng có nhiều vấn đề cần nghiên cứu kỹ. Dòng sông chuyên chở nhiều phù sa có thể dễ ăn mòn máy móc thiết bị chìm. Cộng với việc lưu thông trên sông của dân chúng có thể làm trở ngại việc xây dựng. Thiết bị phát điện từ dòng sông có thể ảnh hưởng đến môi trường sinh vật vùng cửa biển.
Ảnh hưởng khí hậu trong tương lai sẽ làm tăng mực nước biển 1m sẽ có tác hại lớn cho những thiết bị nếu chính phủ không có chương trình cụ thể lâu dài để ngăn ngừa những thiên tai khó lường này…
NaUy là một quốc gia với hơn 10 ngàn đảo với diện tích tổng cộng là 600 ngàn km2 khoảng hơn gấp 2 lần nước Việt Nam bao quanh bởi bờ biển dài. Đa số 99 phần điện sản suất từ thủy điện. Một phần trăm còn lại do điện từ nhà máy điện chạy bằng dầu khí (natural gas) vì quốc gia này khai thác và xuất khẩu rất nhiều dầu thô và khí đốt. Vì thế Na Uy có rất nhiều chuyên gia và nhiều kinh nghiệm về những kỹ thuất sản suất điện từ biển…
3. Chi phí và hiệu quả kinh tế (Costs and benefits)
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…
Tất cả những thiết bị biến điện từ biển hiện nay trên thế giới một phần được đưa vào hoạt động, phần khác đang còn trong vòng thí nghiệm. Dù thế nhiều quốc gia còn ngần ngại chưa chấp nhận kỹ thuật mới này vì nhiều lý do như sau :
- Con người chưa kiểm soát được sóng biển cho nên các thiết bị phát điện cần có những trạm dự trữ điện khổng lồ rất tốn kém để đối phó với Mẹ Thiên nhiên (Mother Nature) như bão hay sóng thần (tsunami). Sự cố ngoài khơi có thể làm hư hỏng các thiết bị. Năm 1995, trạm phát điện bằng sóng đầu tiên của thế giới ngoài biển Bắc Scotland đã bị nhấn chìm trong một cơn bão sau khi nó hoạt động chưa đầy một tháng.
- Cản trở hay làm trở ngại việc lưu thông tàu bè trên biển với những thiết bị khổng lồ. Kỹ nghệ đánh cá khu vực cũng sẽ bị ảnh hưởng nặng.
- Nguồn năng lượng từ biển bị giới hạn được lắp ráp trang bị cho những vùng cạnh bờ biển. Âu cũng là vấn đề hiệu quả kinh tế vì vận chuyển điện sản xuất từ đưa vào những thành phố đông dân cư thì 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. Hơn nữa vấn đề đầu tư nhiều về hệ thống chuyển điện từ bờ biển về lục địa vì nguồn điện từ biển chưa thể chuyển qua cao thế 220kV hay 500kV như thủy điện truyền thống.
- Thiết bị biến điện có thể làm tổn thương môi trường cho sinh vật như cá, tôm, ốc, v.v…Cá heo bơi khi di chuyển gần bờ khoảng 2 nautical miles, gần khoảng cách mà các thiết bị được trang bị. Ngay năng lượng từ mặt trời cũng ảnh hưởng mạnh đến môi trường. Nhật báo The Montreal Gazette hôm 18 tháng 8 năm 2014 đăng tin có một trang trại nhiệt điện mặt trời tên Bright Source Energy giá 2.2 tỷ US ở sa mạc Mojave Desert tỉnh Ivanpah bang California có tới 300 ngàn tấm kính thu ánh nắng mặt trời hội tụ vào máy nước (boiler) tạo ra hơi nóng áp suất cao để quay turbine/alternator phát ra điện. Những tấm kính này làm cháy lông chim khi chúng bay vào tầm phản chiếu. Hàng năm có đến 28 ngàn con chim chết cháy vì những tấm kính này.
- Hãng Voith Hydro Wagegen Ltd của Scotland là hãng đầu tiên trên thế giới đã lấp ráp thiết bị phát điện từ biển cho những đảo nhỏ ở Thái Bình Dương. Giá thành là $0.40 – $0.50/kWh. Trong khi đó giá sản suất điện từ diesel là $0.08/kWh. Để tiện so sánh với giá thành điện từ gió là $0.40/kWh ngày nay xuống khoảng $0.07, theo ông Roger Bedard của EPRI (Electric Power Research Institute). Ông này hi vọng trong tương lai giá thành phát điện từ biển cũng sẽ giảm tương đương với năng lượng từ gió. Một phần ba các tiểu bang Hoa Kỳ khích lệ các dự án sản suất điện từ « năng lượng sạch ». Bang Oregon còn đặt chỉ điểm sẽ trang bị 25% các thiết bị phát điện từ biển đến năm 2025. Bang này sẽ tài trợ đến $20M và giảm thuế 50% cho mỗi trang trại. Cộng Đồng Âu năng động và tích cực hơn trong việc khích lệ các nhà đầu tư vào năng lượng biển. Trong khi Hoa Kỳ tài trợ gần $0.019/kWh thì Bồ Đào Nha (Portugal) tài trợ đến $0.30/kWh. Bên Hoa Kỳ việc trở ngại lớn nhất là vấn đề quy luật và quy định (rules and regulation) phức tạp. Việc xin giấy phép đòi hỏi chủ nhân phải chờ đợi hơn 4 năm vì họ phải duyệt xét và đòi hỏi phải xây dựng những mô hình prototype để chứng minh đủ thứ như sự an toàn và rủi ro đến môi trường…vì những kỹ thuật quá mới chưa có đủ bằng chứng cụ thể…Trong 4 năm ấy hãng phải tiếp tục trả lương cho công nhân như bình thường. Gần 50% giá dự án nằm trong 4 năm chờ đợi việc cấp giấy phép.
Các ước tính cho thấy rằng điện từ sóng thủy triều và các dòng suối có thể đáp ứng tới 15-20% nhu cầu của thế giới về năng lượng phát thải ít carbon. Các công nghệ sản xuất điện từ thủy động học (tức là từ năng lượng sóng, thủy triều và dòng nước chảy) có thể khai thác các nguồn năng lượng dồi dào và sẵn có này và giảm nhẹ sự biến đổi khí hậu ở các nước phát triển cũng như đang phát triển.
4. Kết luận
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 Rance gần Saint-Malo 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 cửa sông Annapolis chảy về Bay of Fundy phía đông bắc Canada đã vận hành một nhà máy 20 MW từ năm 1984, sản xuất 30 triệu kW điện hàng năm[20]. Trung Quốc cũng là một nước rất quan tâm đến nguồn năng lượng sạch, hiện nay Trung Quốc có 7 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.
Các chuyên gia dự báo công nghệ đã mở ra triển vọng sử dụng thủy triều và sóng biển để sản xuất điện. Việc lắp đặt các thiết bị phát điện trên quy mô lớn ngoài khơi và các cửa sông có thủy triểu có thể đáp ứng 10% nhu cầu điện năng của Hoa Kỳ. Tuy nhiên, hệ thống sản xuất điện này gặp phải khó khăn lớn về kỹ thuật. Năm 2007, máy phát điện bằng sóng bị chìm ngoài biển Oregon. Cánh của các turbine thủy triều thực nghiệm trên sông East ở New York bị gãy. Nhiều nguyên nhân khách quan khác 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. Sự cố đối với các dây neo ở ngoài khơi đã cản trở việc triển khai các máy phát điện ở Đại Tây Dương ngoài khi bờ biển Bồ Đào Nha. Từ lâu, điều này đã làm nản lòng các nhà đầu từ phát triển năng lượng từ đại dương. Gần đây, giá điện tăng cao và chi phí lớn vào sử dụng than đá và các nhiên liệu hóa thạch để sản xuất điện tạo động lực mới để loại năng lượng tái tạo từ đại dương này vượt qua được các rào cản phát triển.
Mặc dù cơ hội thương mại là rất lớn, song năng lượng từ đại dương lại gặp phải những trở ngại to lớn. Chi phí của nguồn năng lượng này cao hơn rất nhiều so với các nguồn điện truyền thống và cả một số nguồn năng lượng tái tạo. Hơn nữa, không một công nghệ riêng lẻ nào tỏ ra là công nghệ tiên phong trong ngành năng lượng thủy động học, và hơn 75 nhà thầu đang cạnh tranh với nhau trên phạm vi toàn cầu để giành lấy các khoản đầu tư hiếm hoi của nhà nước và tư nhân.
Nguồn năng lượng từ đại dương có nhiều triển vọng khả thi nhưng cho đến nay, hiệu suất năng lượng thu được còn thấp nên việc ứng dụng năng lượng sóng chưa mang tính kinh tế và thực tiễn. 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 hoàn chỉnh việc 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) |
Capacity factor |
% 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
- http://earthandindustry.com/
2009/11/scotland-plugs-in- worlds-largest-working-wave- energy-device/ - http://www.itnsource.com/
shotlist//RTV/2009/11/30/ RTV2324909/ - http://science.howstuffworks.
com/environmental/earth/ oceanography/ocean-current4. htm (picture 1) - http://ocsenergy.anl.gov/
documents/docs/OCS_EIS_ WhitePaper_Current.pdf - http://www.gsjournal.com/2009/
11/worlds-first-osmotic-power- plant-opened-in-norway/ - http://zebu.uoregon.edu/
disted/ph162/l15.html - http://www.greendiary.com/
norway-unveils-worlds-first- prototype-of-osmotic-power- plant.html - http://en.wikipedia.org/wiki/
Wind_power - http://www.cpc.vn/Home/Ttuc_
Detail.aspx?pm=ttuc&sj=KHKTND& id=8278 - Bryson R. D. Robertson – Ocean Wave Energy Generation on the West Coast of Vancouver Island and the Queen Charlotte Islands – University of Guelph, Ontarion, Canada
- GS Lê Vĩnh Cẩn – canlevinh@gmail.com – Thủy Điện bằng năng lượng sóng biển.
- Bùi Đăng Linh, Nguyễn Hoàng Quốc Việt và Huỳnh Châu Duy – Research on Energy Conversion System from Wave Energy to Electrical Energy – Trường ĐH Công Nghệ TPHCM
- Dunnett et Al 2009 – Electricity Generation from Wave Power in Canada, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol 34, 2009 pp 179-195.
14a. http://www.brighthub.com/
- http://offshoremechanics.
asmedigitalcollection.asme. org/article.aspx?articleid= 1676740 - http://kientrucxd.blogspot.ca/
2011/10/nang-luong-thuy-trieu- va-song-bien.html - VIVACE = Vortex Induced Vibration Aquatic Clean Energy) –http://offshoremechanics.
asmedigitalcollection.asme. org/Solr/searchresults.aspx?q= Vortex-induced+vibration&fd_ JournalID=130 - http://www.lockheedmartin.ca/
us/news/press-releases/2012/ july/ocean-power-technologies- and-lockheed-martin-to- develop-wave-ene.html - 18. http://www.intechopen.com/
books/new-developments-in- renewable-energy/ocean-s- renewable-power-and-review-of- technologies-case-study-waves - VIVACE (Vortex Induced Vibration for Aquatic Clean Energy) – A NEW CONCEPT IN GENERATION OF CLEAN AND RENEWABLE ENERGY FROM FLUID FLOW by Pr. Michael M. Bernitsas and Kamaldev Raghavan Ph.D – Dept of Naval Architecture and Marine Engineering, University of Michigan – Proceedings of OMAE 2006 25th International OMAE Conference Hamburg, Germany June 4-9, 2006
- Sea Energy Conversion: Problems and Possibilities by G.Buigues, I. Zamora, A.J Mazon, V. Valverde and F.J Perez of Electrical Department – ETSII University of Basque Country
- http://vietsciences.free.fr/
vietnam/donggopxaydung/ thutimgiaiphap-dbscl05.htm
- Ocean’s Renewable Power and Review of Technologies: Case Study Waves by Ehsan Enferad and Daryoush Nazarpour.http://dx.doi.org/
10.5772/53806 -
Recent Development in Salinity Gradient Power – Paper by A.T Jones (OceanUS Consulting – San Francisco) and W. Finley (Wader LLC Laguna Beach CA)
