Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày càng tăng và sự cấp thiết của việc giảm thiểu tác động đến môi trường từ các nguồn năng lượng truyền thống, việc khám phá và khai thác các nguồn năng lượng tái tạo trở thành một ưu tiên hàng đầu. Đại dương, bao phủ hơn 70% bề mặt Trái Đất, mang trong mình một tiềm năng to lớn cho năng lượng sạch từ các nguồn tài nguyên tái tạo như sóng, thủy triều và đặc biệt là dòng hải lưu. Mặc dù lĩnh vực năng lượng tái tạo từ biển vẫn còn trong giai đoạn phát triển ban đầu so với điện gió và điện mặt trời, những nghiên cứu gần đây đã hé lộ những triển vọng đầy hứa hẹn của việc khai thác động năng từ dòng các dòng hải lưu.
Một bước tiến quan trọng trong việc đánh giá tiềm năng này là nghiên cứu toàn diện từ Đại học Florida Atlantic (FAU). Dựa trên số liệu thu thập trong 30 năm của Chương trình theo dõi dòng chảy toàn cầu (Global Drifter Program – GDP) được thực hiện bới NOAA, nghiên cứu này đã cung cấp một cái nhìn sâu sắc về mật độ năng lượng của các dòng hải lưu và sự biến đổi của nó theo thời gian và tại các địa điểm trên phạm vi toàn cầu. Kết quả nghiên cứu, được công bố trên tạp chí Renewable Energy, đã xác định những khu vực lý tưởng để sản xuất điện từ dòng hải lưu, mở ra một chương mới cho tương lai của ngành năng lượng tái tạo.
Công nghệ khai thác năng lượng từ dòng hải lưu
Tương tự như cách các turbin gió chuyển đổi động năng của gió thành điện năng, công nghệ khai thác năng lượng từ dòng hải lưu sử dụng các turbin dưới nước được thiết kế đặc biệt để tận dụng động năng của dòng hải lưu. Các turbin này thường có cánh quạt quay khi dòng nước chảy qua, và chuyển động quay này được kết nối với một máy phát điện để tạo ra điện năng. Các thiết bị này có thể được lắp đặt cố định trên đáy biển hoặc neo đậu dưới mặt nước, tùy thuộc vào thiết kế và điều kiện địa lý. Điện năng được tạo ra sau đó được truyền tải về bờ thông qua hệ thống cáp ngầm.
Một yếu tố then chốt trong việc đánh giá tiềm năng của một địa điểm để khai thác năng lượng từ dòng hải lưu là mật độ năng lượng. Nghiên cứu của FAU tập trung vào việc ước tính và phân tích sự thay đổi của mật độ năng lượng này trên khắp các đại dương. Mật độ năng lượng cao đồng nghĩa với việc có thể sản xuất ra nhiều điện hơn trên một đơn vị diện tích, làm tăng tính hiệu quả kinh tế của dự án.
Những “Điểm Nóng” năng lượng từ dòng hải lưu trên thế giới
Kết quả nghiên cứu của FAU đã chỉ ra rằng vùng biển ngoài khơi bờ biển phía Đông Florida và Nam Phi liên tục thể hiện mật độ năng lượng đặc biệt cao, hơn 2.500 watt trên mỗi mét vuông. Con số này gấp 2,5 lần mật độ năng lượng được ngành công nghiệp điện gió đánh giá là “xuất sắc”, cho thấy tiềm năng vượt trội của dòng hải lưu ở những khu vực này. Độ sâu tương đối nông, khoảng 300 mét, cũng là một lợi thế lớn, tạo điều kiện thuận lợi hơn cho việc lắp đặt và vận hành các turbin dòng hải lưu.
Bên cạnh hai khu vực dẫn đầu, nghiên cứu cũng xác định các vùng biển khác có tiềm năng đáng kể. Bờ biển Đông Nam Hoa Kỳ, kéo dài từ Florida đến Bắc Carolina, cũng cho thấy mật độ năng lượng cao, trên 2.000 watt trên mỗi mét vuông. Tương tự, bờ biển phía Đông và Đông Nam châu Phi, bao gồm các quốc gia như Somalia, Kenya, Tanzania, Nam Phi và Madagascar, cũng là những địa điểm hứa hẹn để khai thác nguồn năng lượng này. Ngược lại, các khu vực như Đông Thái Bình Dương (Nhật Bản, Việt Nam và Philippines), Bắc Nam Mỹ (Brazil và Guiana thuộc Pháp) và bờ biển phía Đông Australia có mật độ năng lượng thấp hơn ở độ sâu tương đương.
Nghiên cứu cũng ước tính rằng khoảng 75% tổng diện tích đại dương có mật độ năng lượng cao, tương đương khoảng 490.000 km vuông, có mức năng lượng dao động từ 500 đến 1.000 watt trên mỗi mét vuông. Điều này cho thấy một nguồn tài nguyên năng lượng tái tạo khổng lồ vẫn chưa được khai thác, với tiềm năng cung cấp một lượng điện năng đáng kể cho nhu cầu toàn cầu.
Ưu điểm vượt trội của năng lượng dòng hải lưu
So với các nguồn năng lượng tái tạo khác, năng lượng dòng hải lưu sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật:
Tính ổn định và khả năng dự đoán cao hơn: Khác với năng lượng gió và mặt trời, vốn phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và có tính gián đoạn, dòng hải lưu diễn ra gần như liên tục và có thể dự đoán được. Điều này mang lại một nguồn cung cấp năng lượng ổn định hơn cho lưới điện.
Mật độ năng lượng cao: Như đã đề cập, mật độ năng lượng của dòng hải lưu cao hơn đáng kể so với gió. Điều này có nghĩa là các turbin dòng hải lưu có thể tạo ra nhiều điện hơn so với các turbin gió có kích thước tương đương.
Tiềm năng đáp ứng nhu cầu năng lượng lớn: Với diện tích đại dương rộng lớn và sức mạnh tiềm ẩn của các dòng chảy, năng lượng dòng hải lưu có khả năng đóng góp một phần quan trọng vào việc đáp ứng nhu cầu năng lượng sạch ngày càng tăng của thế giới.
Sự trùng khớp theo mùa: Nghiên cứu của FAU cũng chỉ ra rằng mật độ năng lượng của dòng hải lưu ở một số khu vực có xu hướng cao hơn trong những tháng ấm áp (ví dụ: Florida, Nhật Bản, Brazil từ tháng 6 đến tháng 8; Nam Phi từ tháng 12 đến tháng 2). Điều này có thể trùng khớp với thời điểm nhu cầu sử dụng điện tăng cao do sử dụng điều hòa không khí nhiều hơn, làm tăng thêm giá trị của nguồn năng lượng này.
Những thách thức cần vượt qua
Mặc dù tiềm năng rất lớn, việc khai thác năng lượng từ dòng hải lưu vẫn đối mặt với nhiều thách thức:
Công nghệ chưa hoàn thiện: So với điện gió và điện mặt trời, công nghệ khai thác năng lượng dòng hải lưu vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu. Cần có thêm nhiều nghiên cứu và phát triển để tối ưu hóa hiệu suất, độ bền và giảm chi phí của các turbin và hệ thống liên quan.
Tác động môi trường: Việc lắp đặt và vận hành các turbin dưới nước có thể gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường biển, bao gồm nguy cơ va chạm với động vật biển, sự thay đổi dòng chảy cục bộ, tiếng ồn dưới nước và tác động của điện từ trường từ cáp điện. Cần có các nghiên cứu sâu rộng hơn để đánh giá và giảm thiểu những tác động này.
Chi phí cao: Chi phí nghiên cứu, phát triển, sản xuất, lắp đặt và bảo trì các hệ thống khai thác năng lượng dòng hải lưu hiện vẫn còn khá cao. Việc giảm chi phí là yếu tố then chốt để công nghệ này có thể cạnh tranh được với các nguồn năng lượng khác.
Giới hạn về địa điểm: Không phải tất cả các vùng biển đều có dòng hải lưu đủ mạnh và ổn định để khai thác hiệu quả. Việc xác định và đánh giá các địa điểm tiềm năng đòi hỏi các nghiên cứu chuyên sâu.
Độ sâu và điều kiện dòng chảy phức tạp: Nhiều khu vực có mật độ năng lượng cao lại có độ sâu lớn (trên 1.000 mét) và điều kiện dòng chảy phức tạp, gây khó khăn cho việc lắp đặt và vận hành các turbin, cũng như đòi hỏi các hệ thống neo đậu tiên tiến.
Thiếu dữ liệu: Dữ liệu chi tiết về dòng hải lưu ở một số khu vực tiềm năng vẫn còn hạn chế, gây khó khăn cho việc đánh giá chính xác tiềm năng năng lượng và lập kế hoạch phát triển dự án.
So sánh với các nguồn năng lượng tái tạo từ biển khác
Bên cạnh dòng hải lưu, đại dương còn cung cấp các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng thủy triều và năng lượng sóng. Năng lượng thủy triều, được tạo ra từ sự lên xuống của thủy triều do tác động hấp dẫn của Mặt Trăng và Mặt Trời, có tính ổn định và khả năng dự đoán cao, tương tự như dòng hải lưu. Các công nghệ khai thác năng lượng thủy triều bao gồm đập thủy triều, đầm phá thủy triều và turbin dòng chảy thủy triều. Năng lượng sóng, khai thác động năng của sóng biển, có tiềm năng lớn nhưng tính ổn định và khả năng dự đoán thường thấp hơn so với thủy triều và dòng hải lưu.
Chúng ta có thể kỳ vọng
- Sự phát triển và hoàn thiện hơn nữa của công nghệ turbin dòng hải lưu, với hiệu suất cao hơn, chi phí thấp hơn và tác động môi trường được giảm thiểu.
- Việc triển khai các dự án khai thác năng lượng dòng hải lưu quy mô lớn ở các khu vực tiềm năng như bờ biển Florida và Nam Phi, cũng như các khu vực khác trên thế giới.
- Sự tích hợp năng lượng dòng hải lưu vào hệ thống lưới điện quốc gia, góp phần đa dạng hóa nguồn cung cấp năng lượng tái tạo và tăng cường an ninh năng lượng.
- Sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và chính phủ để giải quyết các thách thức kỹ thuật, môi trường và kinh tế, thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành.
- Việc thu thập và phân tích thêm dữ liệu về dòng hải lưu ở các khu vực tiềm năng khác, giúp đánh giá chính xác hơn nguồn tài nguyên và lập kế hoạch phát triển hiệu quả.
Năng lượng dòng hải lưu, cùng với các nguồn năng lượng tái tạo khác từ biển như thủy triều và sóng, hứa hẹn sẽ đóng một vai trò ngày càng quan trọng trong tương lai của ngành năng lượng toàn cầu. Việc khai thác hiệu quả nguồn năng lượng dồi dào và gần như vô tận này không chỉ giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch mà còn góp phần bảo vệ môi trường và xây dựng một tương lai năng lượng sạch và bền vững cho hành tinh của chúng ta. Nghiên cứu của FAU là một bước tiến quan trọng, mở đường cho những nỗ lực tiếp theo trong việc khám phá và hiện thực hóa tiềm năng to lớn của năng lượng từ dòng chảy đại dương.
Nguồn: SATI – Tổng hợp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Top Locations for Ocean Energy Production Worldwide Revealed – https://www.fau.edu/newsdesk/articles/global-ocean-energy-production
2. 6 High-Efficiency Wind Turbine Models – https://interestingengineering.com/lists/6-high-efficiency-wind-turbine-models?group=test_b
3. Ocean Currents That Can Generate 2.5 Times More Power Than Wind Farms Identified – https://esteemstream.news/117142/environment/hydro-electric-power/ocean-currents-that-can-generate-2-5-times-more-power-than-wind-farms-identified/
4. Tidal Energy – https://www.pnnl.gov/explainer-articles/tidal-energy
5. Top global ocean current energy locations revealed https://www.cmscoms.com/?p=43518
6. Where to tap ocean currents for renewable power – https://cosmosmagazine.com/news/where-to-tap-ocean-currents-for-energy/
