Tuabin gió ngoài khơi...

Cách bờ biển lộng gió của miền bắc Scotland 26km, tương lai của năng lượng tái tạo đang hình thành. Quay nhịp nhàng trong gió, năm tuabin khổng lồ của trang trại gió Hywind Scotland trông giống như bất kỳ dự án gió ngoài khơi nào khác, có một điểm khác biệt lớn - chúng đang lơ lửng trên mặt nước!
  Trong khi các tuabin ngoài khơi thông thường đặt trên đỉnh tháp bằng kim loại và bê tông được cố định dưới đáy biển, thì các tuabin của Hywind lại nằm trên các ke thép nổi, bồng bềnh theo sóng, thẳng đứng bất chấp các điều kiện nhấp nhô. 

Đây có thể là một bước phát triển quan trọng khi thế giới nỗ lực đạt được các mục tiêu phát thải carbon ròng bằng 0 trong Thỏa thuận Paris về Biến đổi Khí hậu . Ngành năng lượng nói chung hiện chiếm khoảng 3/4 tổng lượng khí nhà kính do hoạt động của con người thải ra.

Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế, để cắt giảm lượng khí thải đó, một nửa nhu cầu năng lượng của thế giới sẽ phải được đáp ứng bằng điện được sản xuất theo phương thức không thải carbon.

Với số lượng xe điện ngày càng tăng, kết hợp với nhu cầu sử dụng điện thay thế nhiên liệu hóa thạch trong sinh hoạt và công nghiệp ngày càng tăng, các mạng lưới điện cũng sẽ cần trở nên linh hoạt hơn với nhiều cách tạo và lưu trữ năng lượng hơn. Có nghĩa là vào năm 2045, mạng lưới năng lượng của chúng ta có thể trông hoàn toàn khác với cách nó hiện nay. Các dự án như trang trại gió nổi của Hywind mang đến cái nhìn hiện tại về những gì tương lai có thể trông như thế nào.

Những thách thức cần phải vượt qua

Không giống như các tổ máy cố định, tuabin nổi có thể hoạt động ở vùng nước sâu xa bờ biển, nơi gió có xu hướng mạnh hơn và ổn định hơn.Trong khi các tuabin nổi khắc phục được một số vấn đề khiến các trang trại điện gió ngoài khơi ở vùng biển sâu không thể thực hiện được, thì vẫn còn những thách thức cần phải vượt qua. Có một số lo ngại về tác động của một loạt lớn tuabin gió nổi có thể có đối với môi trường biển. Giá của các dự án gió nổi cũng vẫn cao - tốn gần gấp đôi so với giá điện sản xuất trên mỗi megawatt giờ so với gió ngoài khơi cố định ở đáy. Nhưng những chi phí đó dự kiến ​​sẽ giảm khi công nghệ ngày càng được thiết lập, như đã thấy với các dự án năng lượng gió khác . Nhưng khi một câu hỏi được trả lời - làm thế nào để thu hoạch gió từ các vùng nước sâu, xa - một câu hỏi khác nảy sinh: làm gì với nguồn điện được tạo ra?

Hạn chế về lưới điện từ lâu đã trở thành một vấn đề đối với các nhà phát triển năng lượng gió, với lo ngại về tình trạng quá tải hệ thống khi điều kiện đặc biệt khắc nghiệt. Để tránh điều này, các tuabin thường xuyên bị tắt nguồn, một quá trình tốn kém được gọi là cắt giảm. Và điều gì xảy ra trong những giai đoạn gió thổi không đủ mạnh? Thêm vào đó là thách thức về hậu cần của việc đặt hàng chục dặm dây cáp dưới biển, và mặc dù cáp điện ngầm cao thế hiện nay tương đối phổ biến, nhưng chúng rất tốn kém để lắp đặt và bảo trì, tốn kém gấp 5 đến 10 lần so với đường dây trên không.

"Hydro xanh"

Nếu bên ngoài trời đặc biệt có gió và lượng điện dư thừa được tạo ra, có một giải pháp thay thế để tạo ra nhiên liệu hydro thay vì lãng phí những electron thừa đó. Làm như vậy cần một máy điện phân - một máy phân tách nước thành các bộ phận thành phần của nó: oxy và hydro.

Rất dễ cháy, hydro có tiềm năng thay thế nhiên liệu hóa thạch như một nguồn năng lượng không chứa carbon. Trên hòn đảo Orkney của Scotland,  nơi dẫn đầu thế giới về phát triển hydro xanh, loại khí này đã được sử dụng để cung cấp năng lượng cho xe cộ và sưởi ấm các tòa nhà, với  kế hoạch cho một chuyến phà chạy bằng nhiên liệu hydro  trong tương lai không xa. Một dự án thử nghiệm tương tự sẽ hoàn thành vào năm 2023 ở Buckhaven, Fife, cũng ở Scotland, sẽ sử dụng năng lượng tái tạo từ gió để  sản xuất nhiên liệu hydro để sưởi ấm và nấu ăn  trong khoảng 300 ngôi nhà. Thực tế hydro có thể được lưu trữ - nén và bơm vào các bồn chứa, nó có thể được vận chuyển giống như xăng hoặc dầu diesel. Đây là lý do tại sao các nhà phát triển gió nổi rất hấp dẫn.   Được gắn vào đế nổi của tuabin, một máy điện phân có thể đưa điện năng tạo ra từ gió để sử dụng ngay lập tức, tạo ra hydro xanh từ nước biển khử muối. Quá trình này sẽ không bị cản trở bởi những lo ngại về lưới điện và các tính toán cắt giảm, với sản lượng hydro tăng lên để đối phó với những cơn gió mạnh nhất.

Một số công ty năng lượng  đang thúc đẩy công nghệ này, với  hy vọng sẽ có một mẫu thử nghiệm và chạy sớm nhất là vào giữa những năm 2020.

Sau khi thiết lập và vận hành, có một phạm vi rộng lớn để biết cách sử dụng hydro xanh được tạo ra từ gió nổi. Là một loại nhiên liệu cho các phương tiện giao thông, nó có lợi cho các phương tiện vận tải hạng nặng, tầm xa  - đường bộ, đường sắt, hàng hải và thậm chí có thể là đường hàng không. Điều này sẽ cho phép hydro lấp đầy những khoảng trống mà việc phát điện không thể sử dụng vào giữa thế kỷ này.
James Walker, giám đốc phát triển hydro tại Trung tâm Năng lượng Hàng hải Châu Âu, cho biết: “Không quá khó để tưởng tượng tình huống một quốc gia có khả năng gió nổi lớn bán hydro xanh ra nước ngoài, vận chuyển nó trong các tàu kiểu tàu chở dầu khổng lồ hoặc thông qua các đường ống dẫn dưới biển.

Đó là một tầm nhìn thú vị, nhưng hydro xanh phải đối mặt với những rào cản riêng của nó đối với việc áp dụng. Đó là hiện tốn kém để sản xuất, và những lo ngại lâu dài xung quanh sự an toàn của việc lưu trữ một lượng lớn hydro và sự phát triển của cơ sở hạ tầng cần thiết để chuyển sang nền kinh tế hydro còn chậm.

Nó có nghĩa là để đạt được các mục tiêu không có thực, tất cả các loại tiến bộ bền vững sẽ cần phải được thực hiện. Sản xuất điện mặt trời rộng rãi, các phương pháp khai thác năng lượng biển và địa nhiệt mới cũng như các bước đột phá với công nghệ pin và nhiên liệu sinh học đều sẽ đóng vai trò quan trọng.   

Nhưng cùng với những đổi mới sinh thái vượt trội này, gió nổi và hydro xanh sẽ tìm thấy vị trí của chúng, giúp mở đường hướng tới mức phát thải ròng bằng không và một tương lai được cung cấp bởi nhiên liệu không có carbon.