Năng lượng biển đang được thúc đẩy trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu.
Một bộ chuyển đổi năng lượng sóng dựa trên phao của công ty công nghệ năng lượng sóng OceanEnergy.
OceanEnergy/PNNL
Câu chuyện này là một phần của CNET Zero , một loạt ghi lại tác động của biến đổi khí hậu và khám phá những gì đang được thực hiện đối với vấn đề này.
Với 70% bề mặt Trái đất được bao phủ bởi các đại dương, năng lượng sóng có thể là một trong những nguồn năng lượng lớn nhất của chúng ta . Nếu bạn đã từng bị một con sóng lớn đánh bật khỏi chân, bạn sẽ cảm nhận được một chút sức mạnh đó.
Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học và kỹ sư đã quan sát các đại dương rộng lớn của chúng ta và mơ ước tìm ra những cách để khai thác một phần nhỏ năng lượng đó. Trong thời đại nhận thức và lo lắng về khí hậu, việc tìm cách để làm điều đó cuối cùng cũng được chú ý nhiều hơn.
Kế hoạch hành động vì khí hậu đại dương của chính quyền Biden cho thấy đại dương có tiềm năng quan trọng như thế nào đối với năng lượng tái tạo, cả từ năng lượng gió ngoài khơi và các nguồn ít được khám phá như sóng, thủy triều và dòng hải lưu. Ngay cả những vùng nước lạnh hơn nằm sâu dưới biển nhiệt đới cũng có thể cung cấp năng lượng biển sạch.
Kế hoạch thừa nhận một nỗ lực đầy tham vọng sắp hoàn thành ngoài khơi bờ biển Oregon, nơi 7 dặm ống dẫn đã được đặt dưới đáy Thái Bình Dương bằng cách sử dụng các kỹ thuật khoan ngang tiên phong. Chẳng bao lâu nữa, những sợi cáp dày sẽ được chạy qua ống dẫn đó để kết nối đất liền với PacWave , một cơ sở thử nghiệm ngoài khơi được xây dựng để phát triển và trình diễn công nghệ mới chuyển đổi sức mạnh của sóng thành điện năng trên bờ.
Sau khi hoạt động đầy đủ (ngay sau năm 2025), PacWave có thể tạo ra tới 20 megawatt, đủ để cung cấp điện cho vài nghìn ngôi nhà. Levi Kilcher, một nhà khoa học cấp cao của Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia, nói với tôi: “Tôi thực sự hào hứng với năng lượng sóng vì nguồn tài nguyên này quá lớn.
Một minh họa về cơ sở hạ tầng được lên kế hoạch của PacWave.
Đại học Bang Oregon
Kilcher là tác giả chính của báo cáo NREL năm 2021 , tổng hợp dữ liệu hiện có về các nguồn năng lượng biển ở Hoa Kỳ, bao gồm sóng, thủy triều và dòng hải lưu. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng tổng tiềm năng năng lượng bằng hơn một nửa (57%) lượng điện được tạo ra ở Mỹ trong một năm.
"Tôi thực sự hào hứng với năng lượng sóng vì nguồn tài nguyên này quá lớn."
Levi Kilcher, nhà khoa học cấp cao, Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia
Mặc dù các địa điểm thử nghiệm như PacWave chỉ ra một cách hiệu quả để thu năng lượng sóng và có thể tạo điều kiện cho những bước đột phá, nhưng năng lượng sóng vẫn còn một chặng đường dài trước khi trở thành một nguồn điện quan trọng. Mặc dù sóng ổn định, nhưng chúng không giống nhau, đặt ra thách thức chính trong việc thiết kế một cỗ máy để thu năng lượng của chúng.
Andrea Copping, nhà nghiên cứu cấp cao tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương cho biết: “Bạn đang cố gắng điều chỉnh [phương pháp công nghệ] để có thể tận dụng lợi thế của các loại sóng đang dịch chuyển này.
Các cách tiếp cận khác nhau để thu năng lượng sóng bao gồm các thiết bị di chuyển trên đỉnh sóng hoặc thiết bị biến áp suất sóng đặt dưới đáy biển thành năng lượng. Một cách tiếp cận khác liên quan đến các thiết bị gọi là cột nước dao động, nén không khí khi sóng tràn qua chúng. Khí nén đó làm quay tuabin và tạo ra năng lượng.
Sức mạnh từ sâu thẳm
Sóng chỉ là một nguồn năng lượng biển tiềm năng mà các nhà khoa học và quan chức đang điều tra.
Copping cho biết có sự quan tâm mới đến một dạng năng lượng biển khác: chuyển đổi năng lượng nhiệt đại dương, hay OTEC , liên quan đến việc đưa nước lạnh hơn từ các phần sâu hơn của đại dương lên. Dòng nước lạnh này sau đó trải qua quá trình trao đổi nhiệt với nước bề mặt ấm hơn, tương tự như cách máy bơm nhiệt gia đình trao đổi không khí nóng và lạnh. Quá trình đó làm quay tua-bin để tạo ra điện.
Công nghệ OTEC đã đi tiên phong vào những năm 1970 khi giá năng lượng tăng vọt, nhưng nó chưa bao giờ thực sự được ưa chuộng. Theo Copping, biến đổi khí hậu đã khiến OTEC được chú ý nhiều hơn, vốn có thể phù hợp với các đảo như Puerto Rico, Guam và các quốc gia nhỏ ở Nam Thái Bình Dương.
Copping nói: “Có một sự quan tâm thực sự và chúng tôi thực sự nghĩ rằng nó sẽ diễn ra vào thời điểm này.
Một nhà máy OTEC nhỏ đã hoạt động ở Hawaii trong nhiều năm. Copping tin rằng những cam kết mới từ chính phủ Hoa Kỳ hứa hẹn cho tương lai của công nghệ, vốn cũng đã nhận được sự quan tâm đáng kể ở Nhật Bản và các quốc gia lân cận khác.
Có thể mối quan tâm về biến đổi khí hậu có thể mở ra các nguồn tài trợ mới cho OTEC. Trong khi đó, việc xây dựng các cơ sở nhỏ hơn (10 megawatt trở xuống) và đặt chúng trên đất liền thay vì nổi trên đại dương đang khiến công nghệ trở nên hợp túi tiền hơn, Copping cho biết.
Ngoài ra còn có một phần thưởng bổ sung là các ống nước lạnh có thể tăng gấp đôi như một dạng điều hòa không khí ở các vùng nhiệt đới nơi OTEC hoạt động tốt nhất.
Trôi theo dòng chảy
Phần lớn bờ biển của Hoa Kỳ, như Alaska, Tây Bắc Thái Bình Dương và bờ đá của Maine, có khí hậu nơi có rất ít cơ hội tìm thấy nước mặt đủ ấm cho OTEC. May mắn thay, một số trong những điểm này là tối ưu để tạo ra năng lượng từ một nguồn dựa vào nước nông hơn: thủy triều.
Lớn lên ở Alaska, Kilcher luôn bị cuốn hút bởi sức mạnh của thủy triều. Nhưng anh ta không biết rằng Cook Inlet gần đó được coi là một trong những địa điểm lý tưởng trên thế giới để khai thác năng lượng của họ. Khi Kilcher lần đầu tiên bắt đầu làm việc tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia, ông đã rất ngạc nhiên khi các đồng nghiệp thông báo với ông rằng quê hương Homer, Alaska, là một trong những điểm năng lượng thủy triều tốt nhất trên thế giới.
Khi nói đến việc chuyển đổi các chuyển động của đại dương thành điện năng, công nghệ năng lượng thủy triều được phát triển nhất -- nó đơn giản như việc đặt đúng tuabin vào đúng vị trí trong nước. Một số dự án năng lượng thủy triều đã được triển khai ở châu Âu và các nơi khác, cũng như trong các ứng dụng thích hợp trên khắp thế giới.
Năng lượng thủy triều là âm dương của năng lượng sóng. Sóng có thể ở bất cứ đâu và ở khắp mọi nơi, nhưng chúng rất khó dự đoán. Thủy triều là một đại lượng được biết đến nhiều nhất và có tính toàn cầu, nhưng tiềm năng sức mạnh của chúng bị giới hạn ở một vài nơi rất cụ thể. Các dòng chảy nhanh cần thiết để tạo ra năng lượng thường chỉ được tìm thấy trong các kênh hẹp hoặc giữa các đảo và đất liền. Tuy nhiên, ở nơi năng lượng thủy triều hoạt động, đó là một dạng năng lượng tái tạo rất đáng tin cậy.
“Một điều khiến năng lượng thủy triều trở nên đặc biệt hấp dẫn là nó có thể dự đoán được 100%,” Kilcher nói.
Một số thí nghiệm nhỏ hơn đang được tiến hành với các đặc điểm nhất quán khác của đại dương bên cạnh thủy triều, chẳng hạn như các dòng chảy chính, di chuyển chậm của chúng. Kilcher lưu ý rằng nghiên cứu đang được tiến hành ngoài khơi bờ biển phía đông nam Hoa Kỳ để kiểm tra lượng điện năng có thể được rút ra khỏi dòng hải lưu trước khi tác động đến các kiểu tuần hoàn nhiệt ở Bắc Đại Tây Dương.
Ông nói: “Bạn không muốn khai thác quá nhiều năng lượng đến nỗi Dòng Vịnh bắt đầu ngừng hoạt động. "Đây là những loại câu hỏi nghiên cứu khoa học mà chúng tôi xem xét."
Thar cô ấy thổi
Cho đến nay, việc lấy năng lượng hiệu quả từ đại dương ít liên quan đến nước hơn là không khí phía trên nó. Năng lượng gió ngoài khơi cho đến nay là nguồn năng lượng hiệu quả nhất mà chúng ta chuyển từ đại dương vào đất liền.
Bryson Robertson, giám đốc Trung tâm năng lượng biển Thái Bình Dương tại Đại học bang Oregon, nói với tôi: “Không còn nghi ngờ gì nữa, gió ngoài khơi là công nghệ trưởng thành nhất. "Chúng tôi đã nghiên cứu các hệ thống năng lượng gió thực sự kể từ khi nền văn minh ra đời. Chúng tôi chạy buồm [trên thuyền] và chúng tôi sử dụng cối xay gió để xay lúa mì."
"Chúng tôi đã nghiên cứu các hệ thống năng lượng gió thực sự kể từ khi nền văn minh ra đời. Chúng tôi chạy buồm [trên thuyền] và chúng tôi sử dụng cối xay gió để xay lúa mì."
Bryson Robertson, giám đốc, Trung tâm năng lượng biển Thái Bình Dương tại Đại học bang Oregon
Các tua-bin gió lớn, phát điện neo dưới đáy biển đã trở thành một cảnh tượng quen thuộc ngoài khơi bờ biển của các bang phía đông bắc và các địa phương khác. Robertson nói rằng các tua-bin gió nổi ngoài khơi là một công nghệ mới hơn, đầy hứa hẹn có thể giúp tăng quy mô lượng điện mà chúng ta thực sự lấy ra từ không khí mỏng.
Gió ổn định hơn ngoài khơi và cơ sở hạ tầng nổi có thể được triển khai ở nhiều nơi trên thế giới và trên các vùng biển sâu hơn. Và các tua-bin cao hơn có thể tiếp cận gió ở độ cao lớn ở những địa điểm ngoài tầm nhìn của công chúng.
Robertson tin rằng các cơ hội tạo ra nhiều năng lượng gió hơn từ cơ sở hạ tầng nổi là đủ quan trọng để tạo ra một vết lõm thực sự trong lượng khí thải carbon.
Một môi trường khắc nghiệt
Không giống như phát triển một ứng dụng di động mới hoặc thậm chí là điện thoại di động, việc xây dựng cơ sở hạ tầng để lấy điện từ một trong những môi trường khắc nghiệt và hoang sơ nhất trên Trái đất có thể là một quá trình khó khăn và chậm chạp.
Copping nói: “Chúng tôi biết ít hơn về những đợt thủy triều dâng này, những khu vực có sóng lớn này bởi vì chúng tôi không liên quan đến chúng. "Đó là một trong những lý do khiến việc này tốn thời gian. Nhưng chỉ cần nhìn vào đại dương -- thật khó để không nhìn thấy tiềm năng năng lượng."
Ngoài ra còn có một số cân nhắc khác, bao gồm tác động của cơ sở hạ tầng năng lượng biển đối với động vật hoang dã, môi trường rộng lớn hơn, dân số địa phương, đánh bắt cá và các ngành công nghiệp khác.
Một thợ lặn nghiên cứu đang kiểm tra thiết bị đổ bộ ống nghe dưới nước được triển khai dưới đáy biển như một phần của nghiên cứu đang diễn ra nhằm cải thiện việc giám sát môi trường của các thiết bị năng lượng biển.
Richard Walsh/Viện Hải dương học Scripps
"Tôi nghĩ vấn đề lớn nhất là sự không chắc chắn," Robertson nói thêm. "Chúng tôi chưa từng làm điều này ở quy mô lớn trước đây, vậy những tác động môi trường sẽ là gì?"
Ông nói rằng quá trình chính sách có thể chậm lại vì những lý do chính đáng, nhưng nhu cầu về năng lượng biển vẫn rất cấp bách.
Ông nói: “Chúng ta cần tìm cách triển khai công nghệ nhanh hơn trong khi vẫn nhận thức được môi trường. "Chúng ta chỉ cần tìm cách đẩy nhanh quá trình này nếu chúng ta muốn tạo ra tác động có thể đo lường được đối với biến đổi khí hậu."
Thêm về năng lượng tái tạo
- Những gì nó cần để thoát khỏi lưới điện với các tấm pin mặt trời
- Các công ty năng lượng mặt trời tốt nhất năm 2023
- Năng Lượng Mặt Trời Là Năng Lượng Tái Tạo. Đây là lý do tại sao điều đó quan trọng
- Làm thế nào hàng trăm viên gạch 24 tấn có thể giải quyết vấn đề lớn về năng lượng tái tạo
- Cuộc cách mạng xanh đang bị cản trở bởi băng đỏ
Xuất bản lần đầu vào ngày 10 tháng 5 năm 2023 lúc 4:00 sáng theo giờ Thái Bình Dương
