Điện từ độ sâu đại dương lạnh giá một ngày nào đó có thể cung cấp năng lượng cho các quốc đảo
[Vui lòng đăng ký trang Youtube của Pacific Group tại
https://www.youtube.com/channel/UCAxje1GxiUpZD6MEcR0f5Jg/videos
Chúng tôi có các buổi chia sẻ về kinh doanh thực tế hàng tuần]
Ảnh: Shutterstock
Ở vùng nhiệt đới, biển sâu lạnh và mặt biển rất ấm. Sự chênh lệch nhiệt độ đó có thể được khai thác và biến thành điện năng. Nếu chúng ta có thể cải tiến công nghệ, phương pháp sản xuất điện này có thể là một món quà trời cho đối với các quốc đảo phụ thuộc vào nguồn điện diesel đắt tiền và gây ô nhiễm.
Trong hơn một thế kỷ, các nhà nghiên cứu đã khám phá ý tưởng về sự chuyển đổi nhiệt năng của đại dương. Về cơ bản, không có gì mới đối với ý tưởng khai thác năng lượng từ sự chênh lệch nhiệt độ. Trên thực tế, công nghệ cơ bản tương tự như cách các nhà máy điện than, khí đốt và địa nhiệt tạo ra điện, bằng cách sử dụng hơi để làm quay tuabin.
Thách thức là tìm đúng vị trí, nơi mà sự khác biệt về nhiệt độ khiến nó trở nên đáng giá. Điều đó có nghĩa là tương đối gần với đường xích đạo — hãy nghĩ đến phía bắc Papua New Guinea, Philippines và ngoài khơi bờ biển phía nam Nhật Bản.
Hiện tại, các nhà máy thí điểm chỉ có thể tạo ra một phần nhỏ so với những gì một tuabin gió lớn có thể làm được. Nhưng về mặt tích cực, các nhà máy nhiệt điện đại dương có thể phát điện 24/24 giờ.
Làm thế nào nó hoạt động?
Các nhà máy điện này hoạt động bằng cách chạy chất lỏng có nhiệt độ sôi thấp, chẳng hạn như amoniac, thông qua một vòng khép kín. Nhiệt từ nước biển ấm (từ 20 đến 30 ℃) làm nóng chất lỏng cho đến khi nó chuyển thành hơi và có thể được sử dụng để làm quay tuabin. Sau đó, hơi tiếp xúc với nước biển lạnh (khoảng 5 ℃), biến nó trở lại thành chất lỏng để chu trình có thể tiếp tục. Để có được nguồn nước lạnh này, các nhà máy này có các đường ống kéo dài 600 mét xuống biển sâu.
Lợi ích của hệ thống rất rõ ràng: đó là một vòng lặp khép kín, được làm nóng và làm mát bằng các bộ trao đổi nhiệt mà không thải chất lỏng ra biển. Và nó có sẵn mọi lúc, trái ngược với những thách thức về khả năng gián đoạn nổi tiếng của các công nghệ tái tạo được phát triển tốt hơn như năng lượng mặt trời và gió.
Nhược điểm là hiện tại, công nghệ này chưa sẵn sàng cho thời điểm quan trọng. Một nhà máy thí điểm ở Hawaii do Makai Ocean Engineering lắp đặt vào năm 2015 có công suất 100 kilowatt. Con số này ít hơn 20–30 lần so với tuabin gió thông thường khi hoạt động, hoặc tương đương với khoảng 12 mảng năng lượng mặt trời trên các hộ gia đình hoặc doanh nghiệp nhỏ ở Úc.
Thách thức kỹ thuật chính cần vượt qua là tiếp cận với khối lượng lớn nước biển lạnh cần thiết. Phi công của Makai sử dụng một đường ống có đường kính một mét lao xuống độ sâu 670 mét của đại dương.
Để mở rộng quy mô lên một nhà máy 100 megawatt hữu ích hơn, Makai ước tính đường ống sẽ phải có đường kính mười mét và đi sâu tới một km. Cơ sở hạ tầng kiểu này rất tốn kém và phải được xây dựng để chống lại sự ăn mòn và lốc xoáy.
Nhà máy thử nghiệm Chuyển đổi Năng lượng Nhiệt Đại dương của Makai ở Hawaii có thể sản xuất công suất 100kw. Ảnh: Wikimedia Commons, CC BY
Nếu các nhà máy được xây dựng ở ngoài khơi, chi phí đường truyền sẽ cộng vào chi phí chung. Makai ước tính 12 nhà máy ngoài khơi quy mô thương mại có thể đáp ứng tổng nhu cầu điện của Hawaii.
Nếu các nhà máy của OTEC có thể được xây dựng đủ lớn, chi phí sẽ giảm xuống. Nhưng cũng có một thách thức khác. Để đạt được gần với chi phí của gió và năng lượng mặt trời — hiện nay chỉ còn 1–2 xu mỗi kilowatt giờ — các nhà máy nhiệt điện đại dương sẽ cần khoảng bốn lượng nước có giá trị từ Thác Niagara chảy qua hệ thống cùng một lúc.
Tại sao cần một khối lượng nước khổng lồ như vậy? Nói tóm lại, một nút cổ chai nhiệt động lực học. Vật lý của bất kỳ sự chuyển đổi năng lượng nào có nghĩa là không thể chuyển đổi tất cả nhiệt năng thành công cơ học như quay tua-bin. Vấn đề hiệu quả này là một thách thức thực sự đối với các nhà máy nhiệt điện biển, nơi mà quá trình chuyển đổi năng lượng có sự chênh lệch nhiệt độ tương đối nhỏ giữa nước biển ấm và mát. Đổi lại, điều đó có nghĩa là chỉ một tỷ lệ rất nhỏ nhiệt năng trong nước biển được chuyển đổi thành điện năng.
Liệu OTEC có thể sử dụng bất chấp những thách thức về chi phí và kỹ thuật không?
Mặc dù các nhà máy này không thể cạnh tranh với gió và năng lượng mặt trời ở các thị trường đại lục lớn, nhưng chúng có thể có vai trò đối với các quốc đảo nhỏ nằm rải rác ở Thái Bình Dương và Caribe, cũng như các đảo xa lưới điện chính, chẳng hạn như Đảo Norfolk hoặc nhiều đảo trong số các đảo nhỏ hơn của Indonesia.
Đặc biệt, các quốc đảo có xu hướng có giá bán lẻ điện cao, nhu cầu điện thấp và phụ thuộc vào dầu diesel nhập khẩu để phát điện. Các nhà nghiên cứu từ Hàn Quốc và New Zealand đã nhận định rằng OTEC có thể là nguồn cung cấp năng lượng cơ bản khả thi cho các quốc đảo — nhưng chỉ sau khi có thêm nhiều nhà máy thí điểm được xây dựng để giúp hoàn thiện thiết kế của các nhà máy lớn hơn.
Nếu tôi được giao nhiệm vụ giúp một quốc đảo sản xuất năng lượng sạch của riêng mình, trước tiên tôi sẽ xem xét địa nhiệt, một công nghệ hoàn thiện hơn với tính kinh tế tốt hơn. Đó là bởi vì các khu vực thuận lợi nhất cho các nhà máy OTEC thường có tiềm năng đáng kể về điện địa nhiệt, được sản xuất bằng cách khoan giếng trên đất liền và sử dụng chất lỏng nhiệt độ cao từ các giếng đó.
Tuy nhiên, OTEC có thể đóng một vai trò hữu ích trong việc giải quyết một số thách thức cùng một lúc. Hãy làm mát.
Bạn có thể lấy nước biển mát lạnh và sử dụng như một hình thức điều hòa không khí, như hai khu nghỉ dưỡng ở Polynesia thuộc Pháp đang làm. Bạn cũng có thể sử dụng nước mát này trong nuôi trồng thủy sản để nuôi các loài cá nước lạnh như cá hồi, hoặc như một cách để giữ cho nước bề mặt mát mẻ trong những đợt nắng nóng ở biển đe dọa đến việc nuôi cá ở New Zealand. Thậm chí có thể sử dụng các nhà máy của OTEC để sản xuất hydro như một mặt hàng xuất khẩu ở các quốc đảo nhỏ.
Để đáp ứng các mục tiêu giảm phát thải khẩn cấp của chúng tôi, cần khám phá tất cả các lựa chọn năng lượng tái tạo.
Chúng ta chưa nên xóa bỏ OTEC. Tuy nhiên, ở giai đoạn này, thật khó để thấy các nhà máy nhiệt điện biển có thể cạnh tranh như thế nào với các loại năng lượng tái tạo đã được thiết lập tốt hơn, chẳng hạn như gió, năng lượng mặt trời và thậm chí cả địa nhiệt, với lượng nước biển lạnh khổng lồ cần thiết. Nộp điều này dưới "có tiềm năng, nhưng cần làm việc nhiều hơn."
