Năng lượng biển - Cuộc cách mạng mới ở châu Âu và tiềm năng của Việt Nam

Những hệ lụy đến an ninh cung cấp điện khi chậm ban hành Kế hoạch thực hiện Quy hoạch điện VIII Quy hoạch điện VIII đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 15/5/2023 tại Quyết định số 500/QĐ-TTg. Tuy nhiên, cho đến nay (sau 10 tháng), Chính phủ vẫn chưa ban hành Kế hoạch thực hiện Quy hoạch. Việc chậm trễ này sẽ gây ra những hệ lụy cho an ninh cung cấp điện của nước ta trong thời gian sắp tới. Dưới đây là một số phân tích, đánh giá và đề xuất giải pháp của Hội đồng Khoa học Tạp chí Năng lượng Việt Nam.

Đôi nét về năng lượng biển:

Theo Bách khoa thư mở (EWO): Năng lượng biển, đôi lúc còn được gọi là năng lượng đại dương, hoặc năng lượng thủy động học và biển là loại năng lượng được tạo ra bởi sóng biển, thủy triều, dòng chảy của biển, độ mặn và sự chênh lệch về nhiệt độ đại dương. Chuyển động của nước trong đại dương tạo ra một khối lượng dự trữ động năng khổng lồ, hay còn gọi là năng lượng chuyển động.

Thuật ngữ năng lượng biển (Ocean energy, Marine energy, hay marine power) bao gồm cả năng lượng sóng và năng lượng thủy triều là loại năng lượng có được từ động năng của khối lượng lớn nước di chuyển. Năng lượng gió xa bờ không phải là một dạng của năng lượng biển, vì năng lượng gió bắt nguồn từ gió, cho dù các tua bin gió được đặt trên mặt nước.

Khoảng 20.000 - 80.000 TWh điện năng có thể được sinh ra mỗi năm, từ các đại dương trên Trái đất, dựa vào thay đổi nhiệt độ, nồng độ muối, hay sự chuyển động của thủy triều, các dòng biển, sóng biển và sóng cồn. Ngoài ra, đã có nhiều dự án thử nghiệm lắp đặt các hệ thống thu năng lượng gió và năng lượng mặt trời trên biển.

Theo báo cáo thường niên của IEA-OES: Tổng tiềm năng trên thế giới gồm: Năng lượng thủy triều >300 TWh, năng lượng dòng biển >800 TWh, năng lượng thẩm thấu do chênh lệch độ mặn 2.000 TWh, năng lượng nhiệt biển do biến thiên nhiệt độ 10.000 TWh và năng lượng sóng biển 8.000 - 80.000 TWh.

Tiềm năng của năng lượng sóng thực sự đáng kinh ngạc, chỉ đứng sau năng lượng gió. Tuy nhiên, khai thác năng lượng đó là việc phức tạp, chủ yếu là do môi trường khắc nghiệt - nơi các bộ chuyển đổi năng lượng sóng hoạt động và mức độ phân tán của năng lượng.

Cách mạng năng lượng biển ở EU:

Ocean Energy Europe (OEE) - một mạng lưới gồm hơn 120 tổ chức, hiện đang tham gia thảo luận về cách triển khai ngành năng lượng bền vững mới này. COP28 được tổ chức gần đây cũng củng cố điều này - khi những người tham dự đồng ý, ít nhất 50% sản lượng năng lượng cần đến từ các nguồn bền vững vào năm 2030.

Việc chuyển đổi hệ thống năng lượng của châu Âu từ nhiên liệu hóa thạch sang các nguồn năng lượng tái tạo trong nước là quan trọng hơn bao giờ hết, đặc biệt là sau cuộc chiến diễn ra ở Ukraine. Châu Âu đã được nhắc nhở một cách cứng rắn rằng: Các nguồn năng lượng tái tạo bản địa là cách tốt nhất để cung cấp cho người châu Âu với giá cả phải chăng.

Châu Âu luôn đi đầu trong phát triển công nghệ năng lượng tái tạo và ngày nay, gió, mặt trời là những hình thức sản xuất điện rẻ nhất ở khu vực này. Trên thực tế, theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA): Việc xây dựng một nhà máy điện gió, hoặc điện mặt trời mới trên bờ hiện rẻ hơn so với việc vận hành các nhà máy sử dụng nhiên liệu hóa thạch hiện có. Tuy nhiên, châu Âu không thể chỉ dựa vào gió và mặt trời để đạt được hỗn hợp năng lượng tái tạo ổn định 100%. Nó sẽ cần sự hỗ trợ từ các công nghệ tái tạo tiên tiến khác có thể sản xuất năng lượng một cách đáng tin cậy vào những thời điểm cần thiết. Đó là nơi năng lượng biển, đơn giản đại dương là nguồn năng lượng tái tạo lớn nhất chưa được khai thác.

Bằng cách khai thác sức mạnh của thủy triều và sóng, năng lượng biển có thể tạo ra 100 GW ở vùng biển châu Âu vào năm 2050 - tức 10% nhu cầu điện hiện tại của khu vực này.

Năng lượng thủy triều hoàn toàn có thể dự báo được trước nhiều thập kỷ và hoàn toàn không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, vì nó chỉ phụ thuộc vào sự lên xuống của thủy triều. Khả năng dự đoán dài hạn này là vô giá để cân bằng lưới điện được xây dựng xung quanh việc sản xuất năng lượng mặt trời và gió có thể thay đổi. Các thiết bị năng lượng sóng có thể được lắp đặt tại các trang trại gió ngoài khơi, vì có nhiều không gian chưa sử dụng giữa các tua bin gió khổng lồ. Gió tạo ra sóng, nhưng sóng sẽ tiếp tục xuất hiện trong nhiều giờ sau khi gió ngừng hoạt động - điều đó có nghĩa là các thiết bị điện sóng sẽ tiếp tục hoạt động rất lâu sau khi tua bin gió ngừng hoạt động.

EU luôn hỗ trợ mạnh mẽ cho nghiên cứu và đổi mới năng lượng biển như họ đã từng làm với điện gió và điện mặt trời. Chỉ trong năm ngoái, EU đã thể hiện sự ủng hộ chính trị của mình bằng cách đặt tên năng lượng biển là công nghệ chiến lược của EU trong Đạo luật Công nghiệp Net zero, đặt ra mục tiêu năng lượng tái tạo cải tiến mới trong Chỉ thị Năng lượng tái tạo sửa đổi (RED III) và làn sóng cụ thể, cũng như các mục tiêu triển khai năng lượng thủy triều trong chiến lược năng lượng tái tạo ngoài khơi của mình.

Trong năm qua, năng lượng biển và tiềm năng to lớn của nó đã có những bước tiến đáng kể. Ở cấp quốc gia, các chính phủ đang tăng cường khả năng tìm kiếm thị trường và tạo điều kiện cho năng lượng đại dương thực hiện các bước quyết định hướng tới thương mại hóa. Nhờ sự hỗ trợ mới, lĩnh vực này đang mở rộng quy mô theo nhiều cách chủ yếu, với công suất lắp đặt hơn 100 MW được lên kế hoạch triển khai trong những năm tới.

Việc phát triển năng lượng sóng chủ yếu vẫn được tài trợ và sự hỗ trợ lâu dài này đã đưa châu Âu trở thành khu vực dẫn đầu thế giới về công nghệ năng lượng sóng. Tuy nhiên, mối quan tâm đến sản xuất năng lượng sóng đã vượt ra ngoài biên giới châu Âu trong vài năm qua và các nước như Trung Quốc, Hoa Kỳ đang đầu tư mạnh vào lĩnh vực này.

Để châu Âu giữ được vị trí dẫn đầu và năng lượng sóng thực sự cất cánh, chính phủ các quốc gia cần phải can thiệp và cung cấp tầm nhìn dài hạn về thị trường với các mục tiêu triển khai, cũng như các chương trình hỗ trợ doanh thu được xác định rõ.

Hầu hết các dự án hiện tại ở EU đang sử dụng các nguyên mẫu quy mô đầy đủ và đang nhanh chóng tiến tới các trang trại thí điểm đầu tiên. Hơn 8 MW năng lượng sóng dự kiến sẽ được triển khai trong những năm tới tại một số trang trại sóng. Trên hết, chương trình tài trợ Horizon Europe sẽ công bố những người chiến thắng trong cuộc đua trang trại thí điểm năng lượng sóng vào cuối năm nay, điều này sẽ giúp đưa nhiều thiết bị năng lượng sóng hơn nữa vào vùng biển châu Âu.

Các dự án thí điểm ở EU:

Cả Pháp và Vương quốc Anh đều sở hữu nguồn tài nguyên năng lượng thủy triều tuyệt vời - một trong những nguồn tài nguyên tốt nhất trên thế giới và hiện đã tăng cường phát triển, hỗ trợ các ngành công nghiệp thủy triều quốc gia của họ.

Tại Anh, chương trình Hợp đồng sai khác (CfD) cung cấp hỗ trợ doanh thu cho các dự án năng lượng tái tạo. Vào năm 2023, 53 MW công suất năng lượng thủy triều, chia cho 11 dự án đã được hỗ trợ và dự kiến triển khai từ năm 2026 đến 2028. Trong số này, trang trại thủy triều MeyGen đã hoạt động được gần một thập kỷ sẽ tăng công suất lắp đặt lên tới 50 MW.

Tại Pháp, Chính phủ quốc gia này đã công bố hỗ trợ cho dự án FloWatt - trang trại thủy triều 17,5 MW do nhà phát triển công nghệ HydroQuest thực hiện. Chính phủ Pháp sẽ cung cấp ít nhất 65 triệu Euro tài trợ trực tiếp và hỗ trợ doanh thu chuyên dụng. Ngoài sự hỗ trợ trực tiếp này cho FloWatt, Tổng thống Pháp Macron đã công bố đấu thầu thương mại năng lượng thủy triều trong bản cập nhật chiến lược năng lượng quốc gia năm 2023.

Nhờ chương trình Horizon Europe, 40 triệu Euro gần đây đã được cấp để phát triển các trang trại thủy triều thí điểm ở châu Âu. Đó là các dự án EURO - TIDES và SEASTAR, do các công ty Scotland Orbital Marine Power và Nova Innovation thực hiện. EURO - TIDES sẽ triển khai 9,6 MW năng lượng thủy triều, trong khi SEASTAR sẽ lắp đặt 16 tua bin với tổng công suất 4 MW trong vài năm tới. Nhìn chung, lĩnh vực thủy triều ở châu Âu đang phát triển mạnh mẽ hơn bao giờ hết.

Hai trong số các dự án điện sóng hàng đầu hiện nay là dự án HiWave-5 và Saoirse. Cả hai đều được tài trợ bởi các quỹ của EU - lần lượt là FEDER và Quỹ Đổi mới và sẽ sử dụng công nghệ năng lượng sóng do CorPower Ocean của Thụy Điển phát triển. HiWave-5 sẽ lắp đặt 4 bộ chuyển đổi năng lượng sóng 300 W ở miền Bắc Bồ Đào Nha vào năm 2025, bộ chuyển đổi đầu tiên đã được lắp đặt. Saoirse sẽ là dự án trình diễn và thử nghiệm chuyển đổi năng lượng sóng quy mô toàn diện đầu tiên của Ireland. Tổng cộng 5 MW công suất năng lượng sóng sẽ được lắp đặt ngoài khơi bờ biển County Clare, cung cấp năng lượng cho 3.500 ngôi nhà.

Trang tin công nghệ trực tuyến Mỹ (NAC) vừa đăng tải video về dự án CorPower Ocean. Về mặt cơ học, đây là một hệ thống loại hấp thụ điểm neo khá chuẩn; sóng nâng khung gầm chứa đầy không khí nổi giúp hệ thống chuyển động thu gom năng lượng thông qua việc chuyển đổi lên xuống tuyến tính thành chuyển động quay phát điện.

CorPower Ocean cho biết: Đây là công nghệ điều khiển pha mới có tên WaveSpring giúp tạo nên sự khác biệt cho các phao C4 khổng lồ của máy phát, phao cao 19 mét và có đường kính 9 mét. Một xi lanh khí nén bên trong được căng trước để kéo phao xuống, do đó, trong trường hợp không có sự điều khiển tích cực, phao sẽ nằm yên ở chế độ "chảy qua" cho dù sóng có cao đến đâu. Cách hoạt động này tạo ra cơ chế an toàn trong điều kiện tồi tệ nhất của thời tiết.

Nguyên lý hoạt động của máy phát điện nổi CorPower có thể tóm tắt như sau: Hệ thống có tên đầy đủ là Bộ chuyển đổi năng lượng sóng biển CorPower (CorPower Ocean Wave Energy Converters), gọi ngắn là CorPower. Khi hoạt động sóng diễn ra, các phao C4 bắt đầu nhấp nhô gấp đôi biên độ sóng, bằng cách điều chỉnh pha chuyển động của nó. Điều này có nghĩa là nó không dâng lên cùng lúc với làn sóng, mà tụt lại phía sau để nhận thêm một chút năng lượng để khuếch đại đẩy nó lên cao hơn. Hiệu ứng này tạo ra sự khác biệt lớn trong việc sản xuất điện. CorPower tuyên bố khả năng phát điện tăng 300% so với một chiếc phao tương tự mà không có điều chỉnh pha Wavespring.

Theo các kỹ sư của CorPower: Dự kiến Chi phí năng lượng quy dẫn (LCoE) trong khoảng 33 - 44 USD mỗi MWh (dự án 20 GW). Đây là một mức giá khá cạnh tranh, vì năng lượng sóng hoạt động khá nhiều (24/7) và có thể lấp đầy những khoảng trống khi gió, mặt trời không cung cấp được. Tuy nhiên, 20 GW là rất nhiều phao (khoảng hơn 20.000 chiếc), vì vậy sẽ mất một thời gian để đưa LCoE xuống mức có thể quản lý được.

Một dự án năng lượng sóng quan trọng khác có tên SEAWORTHY của Đan Mạch - đây là một dự án trình diễn quy mô thương mại được tài trợ bởi Quỹ Đổi mới của Liên minh châu Âu. Công nghệ trình diễn tích hợp tua bin gió 4,3 MW, bộ chuyển đổi năng lượng sóng 0,8 MW và hệ thống thủy lực trên cùng một bệ nổi. Dự án này được lên kế hoạch vào năm 2028.

Tiềm năng của Việt Nam:

Theo kết quả nghiên cứu của Viện Nghiên cứu Biển và Hải đảo: Tổng công suất năng lượng sóng của Việt Nam năm là 212 TWh/năm, chiếm gần 1% tổng giá trị toàn cầu, đạt 90% nhu cầu điện năng của Việt Nam (năm 2022 là 230 TWh/năm). Riêng khu vực ven biển từ Quảng Ngãi đến Ninh Thuận có tiềm năng điện 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.

Là một dạng năng lượng vô tận, không tạo chất thải, không đòi hỏi bảo trì cao và miễn phí đầu vào, nhưng sóng biển gần như không thể dự đoán nên sự lệ thuộc của loại mô hình này vào tự nhiên là rất lớn. Bên cạnh đó, không phải nơi nào cũng thích hợp để xây dựng dự án năng lượng này. 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.

Nhu cầu năng lượng cho phát triển ngày càng tăng trong khi nguồn năng lượng hóa thạch dần cạn kiệt, gây nhiều tác động xấu đến môi trường, việc nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lượng mới, tái tạo đang là xu thế tất yếu, trong đó có năng lượng sóng.

Việt Nam là quốc gia có diện tích mặt biển lớn và bờ biển dài, giàu tiềm năng kinh tế, cũng như năng lượng. Vì vậy, việc nghiên cứu chuyển đổi năng lượng sóng có nhiều ý nghĩa để phát triển các trạm năng lượng cho các vùng ven biển, hải đảo, cung cấp điện cho các phao tín hiệu, các tàu neo đậu, các căn cứ hải quân.

Để phát huy các tiềm năng năng lượng tái tạo to lớn của vùng biển và các đảo ven bờ Việt Nam, các chuyên gia nhận định: Cần triển khai đồng bộ nhiều giải pháp, trong đó đáng lưu ý là các giải pháp: Xây dựng Luật Năng lượng tái tạo, đầu tư kinh phí để 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./.

BBT TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Link tham khảo:

1. https://www.innovationnewsnetwork.com/an-overview-of-europes-ocean-energy-revolution/44400/

2. https://newatlas.com/energy/corpower-wavespring/

3. https://hcmussh.edu.vn/news/item/17915#:~:text=N%C4%83ng%20l%C6%B0%E1%BB%A3ng%20s%C3%B3ng%20bi%E1%BB%83n%20Vi%E1%BB%87t%20Nam%20c%C3%B3%20th%E1%BB%83%20%E1%BB%9F%20trong,Nam%20l%C3%A0%20230%20TWh%2Fn%C4%83m.