Khi mùa hè đến gần, nhu cầu điện tăng cao ở Mỹ khi các gia đình và doanh nghiệp tăng cường điều hòa không khí. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng, nhiều thành phố ở Bờ Đông đang đầu tư vào các dự án gió ngoài khơi mà đất nước đang xây dựng ở Đại Tây Dương.
Cánh tuabin gió ngoài khơi. Nhà cung cấp hình ảnh: Julie Lundquist/CU Boulder
Đối với các nhà vận hành lưới điện, việc biết được lượng điện gió mà các tua-bin ngoài khơi này có thể thu được là rất quan trọng, nhưng việc đưa ra dự đoán chính xác có thể khó khăn. Một nhóm các nhà khoa học CU Boulder và cộng tác viên của họ đang nỗ lực giải quyết thách thức này.
Trong một bài báo xuất bản ngày 14 tháng 3 trên tạp chí Khoa học Năng lượng Gió , một nhóm do Dave Rosencrans, một nghiên cứu sinh tiến sĩ và Julie K. Lundquist, giáo sư tại Khoa Khoa học Khí quyển và Đại dương dẫn đầu, đã ước tính rằng các tuabin gió ngoài khơi ở khu vực Đại Tây Dương, nơi Hoa Kỳ có kế hoạch xây dựng các trang trại gió lớn, có thể lấy đi gió từ các tua-bin khác gần đó, có khả năng làm giảm sản lượng điện của trang trại hơn 30%.
Giải thích cho cái gọi là "hiệu ứng đánh thức" này, nhóm nghiên cứu ước tính rằng các trang trại gió được đề xuất vẫn có thể cung cấp khoảng 60% nhu cầu điện của lưới điện New England, bao gồm Connecticut, Maine, Massachusetts, New Hampshire, Rhode Island và Vermont.
Lundquist, đồng thời là thành viên tại Viện Năng lượng bền vững và tái tạo của CU Boulder, cho biết: “Mỹ đang có kế hoạch xây dựng hàng nghìn tuabin gió ngoài khơi, vì vậy chúng tôi cần dự đoán khi nào những hoạt động đó sẽ tốn kém và khi nào chúng ít có tác dụng”.
Hiểu hiệu ứng đánh thức
Khi gió đi qua các tuabin, các tuabin ở phía trước hoặc phía thượng lưu sẽ lấy một phần năng lượng từ gió. Kết quả là gió chậm lại và trở nên hỗn loạn hơn phía sau các tuabin. Điều này có nghĩa là các tuabin ở hạ lưu nhận được gió chậm hơn, đôi khi dẫn đến sản lượng điện phát ra thấp hơn.
Rosencrans, tác giả đầu tiên của bài báo cho biết, hiệu ứng thức ăn đặc biệt nổi bật ở ngoài khơi, vì không có nhà cửa hay cây cối khuấy động không khí, giúp làm tiêu tan các thức giấc.
Sử dụng mô phỏng máy tính và dữ liệu quan sát bầu khí quyển, nhóm nghiên cứu tính toán rằng hiệu ứng dòng xoáy làm giảm tổng sản lượng điện từ 34% đến 38% tại một trang trại gió được đề xuất ngoài khơi Bờ Đông. Phần lớn mức giảm đến từ các dòng nhiễu hình thành giữa các tuabin trong một trang trại.
Nhưng trong những điều kiện thời tiết nhất định, dòng điện có thể chạm tới các tuabin cách xa tới 55 km theo chiều gió và ảnh hưởng đến các trang trại gió khác. Ví dụ, trong những ngày hè nóng bức, luồng không khí trên mặt biển mát mẻ có xu hướng tương đối ổn định, khiến cho các gợn sóng tồn tại trong thời gian dài hơn và lan truyền trên khoảng cách xa hơn.
Trên cùng: LiDAR gió để thu thập dữ liệu về năng lượng gió, thời tiết và chuyển động của không khí. Dưới cùng: Julie Lundquist (trái) và các nghiên cứu sinh tiến sĩ của cô là Nathan Agarwal (giữa) và David Rosencrans (phải) đã đến Block Island, phía nam Rhode Island, để thiết lập công cụ cho thí nghiệm Dự án Cải thiện Dự báo Gió 3. Nhà cung cấp hình ảnh: Julie Lundquist/CU Boulder
Rosencrans cho biết: “Thật không may, mùa hè là lúc có rất nhiều nhu cầu về điện. "Chúng tôi đã chứng minh rằng các đợt đánh thức sẽ có tác động đáng kể đến việc sản xuất điện. Nhưng nếu chúng tôi có thể dự đoán tác động của chúng và dự đoán khi nào chúng sẽ xảy ra thì chúng tôi có thể quản lý chúng trên lưới điện."
Một hành động cân bằng
Vào đầu năm 2024, năm tuabin gió xuất hiện ngoài khơi bờ biển Massachusetts từ dự án gió ngoài khơi quy mô lớn đầu tiên của đất nước đã cung cấp lô năng lượng gió đầu tiên cho lưới điện New England. Nhiều tuabin khác đang được xây dựng ngoài khơi bờ biển Rhode Island, Virginia và New York. Chính quyền Biden đã đặt mục tiêu lắp đặt 30 gigawatt công suất gió ngoài khơi vào năm 2030, đủ để cung cấp năng lượng cho hơn 10 triệu ngôi nhà trong một năm.
So với các nguồn năng lượng có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch, năng lượng gió và mặt trời có xu hướng thay đổi, vì không phải lúc nào mặt trời cũng chiếu sáng và gió không phải lúc nào cũng thổi.
Lundquist cho biết, sự thay đổi này tạo ra thách thức cho các nhà khai thác lưới điện. Lưới điện là một hệ thống phức tạp đòi hỏi sự cân bằng hoàn hảo giữa cung và cầu trong thời gian thực. Bất kỳ sự mất cân bằng nào cũng có thể dẫn đến tình trạng mất điện nghiêm trọng, giống như những gì đã xảy ra ở Texas vào năm 2021 khi mất điện khiến gần 250 người thiệt mạng.
Khi đất nước tiếp tục mở rộng các dự án năng lượng tái tạo và tích hợp nhiều điện sạch hơn vào hệ thống điện, các nhà vận hành lưới điện cần biết chính xác lượng năng lượng từ mỗi nguồn tái tạo mà họ có thể tin cậy.
Để hiểu rõ hơn về cách gió thổi trong khu vực trang trại gió được đề xuất, nhóm của Lundquist đã đến thăm các hòn đảo ngoài khơi bờ biển New England và lắp đặt một loạt thiết bị vào tháng 12 năm ngoái như một phần của Dự án Cải thiện Dự báo Gió của Bộ Năng lượng. Dự án là sự hợp tác của các nhà nghiên cứu từ CU Boulder, Viện Hải dương học Woods Hole và một số phòng thí nghiệm quốc gia khác.
Các thiết bị, bao gồm máy theo dõi thời tiết và cảm biến radar, sẽ thu thập dữ liệu trong năm tới hoặc lâu hơn. Trước đây, các mô hình dự đoán năng lượng gió ngoài khơi thường dựa vào dữ liệu không liên tục từ tàu và quan sát vệ tinh. Hy vọng là với dữ liệu liên tục trực tiếp từ đại dương, các nhà khoa học có thể cải thiện các mô hình dự đoán và tích hợp tốt hơn nhiều năng lượng gió ngoài khơi vào lưới điện.
Ngoài nhu cầu ngày càng tăng về điều hòa không khí và máy bơm nhiệt, mức tiêu thụ điện ở Mỹ cũng tăng nhanh trong những năm gần đây do sự phổ biến của xe điện, trung tâm dữ liệu và cơ sở sản xuất. Trong 5 năm tới, các nhà phân tích dự đoán rằng nhu cầu điện ở Mỹ sẽ tăng gần 5%, mức tăng đáng kể so với tốc độ tăng trưởng hàng năm ước tính là 0,5% trong thập kỷ qua.
Lundquist cho biết: “Chúng tôi cần sự kết hợp đa dạng của các nguồn năng lượng sạch để đáp ứng nhu cầu và khử cacbon cho lưới điện”. “Với những dự đoán tốt hơn về năng lượng gió, chúng ta có thể phụ thuộc nhiều hơn vào năng lượng tái tạo”.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
