Năng lượng thủy triều đang đến Alaska. Nhưng bao nhiêu?
của Caitlin McDermott-Murphy, Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia
Cửa vào Cook của Alaska, tuyến đường thủy màu xanh tuyệt đẹp nhìn thấy ở đây, chứa một lượng lớn năng lượng thủy triều chưa được khai thác. Nhưng ít ai biết được giá trị kinh tế mà vịnh biển mạnh mẽ này có thể mang lại cho Alaska cho đến tận bây giờ. Nhà cung cấp hình ảnh: Christopher Pike, NREL
Phần lớn Alaska không có người - ít nhất là không có con người. Lãnh nguyên rộng lớn và rừng rậm chia cắt các thành phố và làng mạc, chia bang thành hơn 150 lưới điện biệt lập. Lưới điện lớn nhất trong số này, được gọi là Railbelt, cung cấp 70% năng lượng điện của bang cho khoảng 3/4 dân số. Ngày nay, lưới điện đó chủ yếu chạy bằng khí đốt tự nhiên.
Nhưng Thống đốc Alaska, Mike Dunleavy, muốn thay đổi điều đó.
Ông nói trong một thông cáo báo chí năm 2023: “Mặc dù Alaska có vị trí là nhà sản xuất năng lượng hàng đầu, nhưng chi phí năng lượng ở Alaska, đặc biệt là ở các cộng đồng nông thôn của chúng ta, là cực kỳ cao”.
Dunleavy muốn 80% điện năng của Railbelt đến từ các nguồn năng lượng tái tạo vào năm 2040—không chỉ để đạt được các mục tiêu năng lượng sạch của bang mà còn để giảm chi phí năng lượng cao hơn mức trung bình. Việc chuyển sang sử dụng năng lượng tái tạo, bao gồm thủy điện, gió, năng lượng mặt trời, địa nhiệt và thủy triều, có thể giảm số tiền nhà nước chi cho sản xuất điện khoảng 100 triệu USD mỗi năm (bắt đầu từ khoảng năm 2030).
Theo một nghiên cứu mới của Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL), tổng cộng những khoản tiết kiệm đó có thể lên tới 1,3 tỷ USD.
Báo cáo NREL mới xem xét ngành năng lượng thủy triều mới nhưng đang phát triển nhanh chóng có thể mang lại giá trị như thế nào cho lưới Railbelt. Cửa vào Cook của bang chảy thẳng tới trung tâm Railbelt ở Anchorage, chứa một số nguồn năng lượng thủy triều lớn nhất so với bất kỳ khu vực nào trên Trái đất (bao gồm khoảng 1/3 tổng năng lượng thủy triều của Hoa Kỳ). Nhưng vì năng lượng thủy triều vẫn còn tương đối mới nên giá trị tiềm năng của nó không phải lúc nào cũng được hiểu đầy đủ.
Ngày nay, lưới Railbelt của Alaska chỉ có thể xử lý khoảng 200 megawatt năng lượng thủy triều sạch—đủ để cung cấp năng lượng cho một nửa số ngôi nhà ở thành phố lớn nhất bang, Anchorage. Nhưng với việc nâng cấp lưới điện, nhóm nghiên cứu NREL nhận thấy, lưới điện có thể xử lý nhiều hơn nữa. Nhà cung cấp hình ảnh: Billy J. Roberts, NREL, cho DOE
Hợp tác chặt chẽ với Hiệp hội Điện lực Homer, tiện ích phục vụ phần lưới Railbelt giáp với Cửa vào Cook, nhóm NREL đã phát triển một mô hình vận hành lưới điện. Với mô hình đó, họ phát hiện ra rằng năng lượng thủy triều không chỉ có thể đóng một vai trò có giá trị trong việc khử cacbon cho lưới điện lớn nhất của Alaska mà còn có thể thúc đẩy nền kinh tế của bang.
Marty Schwarz, nhà lập mô hình hệ thống điện tại NREL và là tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Lưới Railbelt hiện tại có thể hỗ trợ 200 megawatt (MW) năng lượng thủy triều và với việc nâng cấp lưới điện theo kế hoạch, nó có thể hỗ trợ lên tới 300 MW”. 200 MW đó có thể cung cấp năng lượng cho khoảng một nửa số ngôi nhà ở Anchorage, thành phố lớn nhất Alaska; 300 MW có thể cung cấp điện cho hầu hết 118.000 ngôi nhà.
Nhưng đó không phải là tất cả. Schwarz cho biết: “Cũng có tiềm năng tạo ra nhiên liệu xanh, như hydro, để xuất khẩu sang các bang khác hoặc nước ngoài”.
Thủy triều của Cook Inlet mang theo hơn 300 MW năng lượng. Nhưng ngay cả khi hệ thống truyền tải hiện tại của Railbelt chỉ có thể hỗ trợ một phần công suất đó, điều đó không có nghĩa là toàn bộ năng lượng đó sẽ bị lãng phí. Lượng dư thừa có thể cung cấp năng lượng cho việc sản xuất các nguồn nhiên liệu sạch như hydro hoặc amoniac.
Schwarz cho biết: “Năng lượng thủy triều có thể giúp Alaska trở thành nước xuất khẩu năng lượng tái tạo hàng đầu”.
Tất nhiên, một phần năng lượng thủy triều đó có thể tồn tại trong bang, giúp khử cacbon cho hệ thống điện Railbelt. Vì năng lượng thủy triều rất ổn định và có thể dự đoán được nên nó là sự bổ sung đáng tin cậy cho các nguồn năng lượng tái tạo có thể thay đổi như năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Do đó, năng lượng thủy triều có thể cung cấp nền tảng ổn định cho quá trình chuyển đổi của Railbelt và nhóm nghiên cứu nhận thấy có thể giúp giảm lượng khí thải carbon của lưới điện tới 37%.
Với mô hình lưới điện mới, nhóm NREL đã phát hiện ra ba nhà máy năng lượng thủy triều nằm dọc theo Cook Inlet có thể cung cấp nhiều năng lượng hơn cho lưới Railbelt so với khả năng của một nhà máy đơn lẻ. Nhà cung cấp hình ảnh: Billy J. Roberts, NREL, cho DOE
Để đạt được ước tính của mình, nhóm nghiên cứu đã thiết kế mô hình vận hành lưới điện để kết hợp dữ liệu lý thuyết và dữ liệu thực tế, chẳng hạn như lượng năng lượng thủy triều có sẵn theo lý thuyết trong mỗi giờ của năm 2035, cũng như lượng năng lượng đó. lưới Railbelt có thể xử lý được.
Ben McGilton, kỹ sư nghiên cứu tại NREL và một tác giả khác của nghiên cứu, cho biết: “Các mô hình của chúng tôi phù hợp với những gì các nhà vận hành lưới điện đang nhìn thấy. Chúng chân thực nhất có thể”.
Tất nhiên, tính toán của nhóm giả định rằng công nghệ năng lượng thủy triều sẽ đạt được thành công về mặt thương mại vào năm 2035, điều này có thể xảy ra nhưng không đảm bảo. Chúng cũng không bao gồm chi phí kỹ thuật để phát triển các công nghệ này. Họ cũng không xem xét các thách thức về quy định và các thách thức khác phát sinh khi làm việc với nhiều tiện ích để điều phối các dự án năng lượng tái tạo quy mô lớn.
Tuy nhiên, McGilton cho biết, khi công nghệ năng lượng dal được đưa ra thị trường, năng lượng thủy triều có thể đáp ứng khoảng 14% tổng nhu cầu điện của Railbelt vào năm 2035. Tỷ lệ đó có thể tăng lên 20% nếu Alaska nâng cấp hệ thống truyền tải. Kenai Intertie hiện tại, đường dây truyền tải duy nhất kết nối Bán đảo Kenai và Homer với phần còn lại của hệ thống Railbelt, tính đến thời điểm hiện tại chỉ có thể truyền tải khoảng 75 MW điện.
Chính phủ Alaska đã thảo luận về cách thực hiện những nâng cấp về hệ truyền động này. Trong thời gian chờ đợi, nhóm NREL sẽ tiếp tục kiểm tra giá trị của các nguồn năng lượng biển khác—như năng lượng dòng hải lưu ở Florida và năng lượng sóng ở Hawaii. Tất cả dữ liệu này sẽ giúp các nhà nghiên cứu, cũng như chính quyền địa phương và các cơ sở tiện ích, định lượng xem nguồn tài nguyên tái tạo đang phát triển này có thể hỗ trợ quá trình chuyển đổi năng lượng sạch của họ như thế nào.
Levi Kilcher, cố vấn năng lượng cấp cao của Văn phòng Năng lượng Bắc Cực của DOE và một tác giả khác của nghiên cứu, cho biết: “Có rất nhiều điều cần tìm hiểu về công nghệ năng lượng biển trong những thập kỷ tới”. "Nhưng nếu chúng ta có thể tìm ra cách tạo ra những công nghệ này với chi phí thấp, nó thực sự có thể mang lại lợi ích to lớn cho cộng đồng trên khắp Alaska và các nơi khác trên thế giới."
