Năng lượng 'vô hạn': Làm thế nào các tấm pin mặt trời nổi gần xích đạo có thể cung cấp năng lượng cho các điểm nóng dân số trong tương lai
Ảnh: Tavarius, Shutterstock
Mảng lớn các tấm pin mặt trời nổi trên vùng biển yên tĩnh gần Xích đạo có thể cung cấp năng lượng mặt trời hiệu quả không giới hạn cho các quốc gia đông dân cư ở Đông Nam Á và Tây Phi.
Nghiên cứu mới của chúng tôi cho thấy chỉ riêng năng lượng mặt trời ngoài khơi ở Indonesia có thể tạo ra khoảng 35.000 terawatt giờ (TWh) năng lượng mặt trời một năm, tương đương với sản lượng điện toàn cầu hiện nay (30.000 TWh mỗi năm).
Và trong khi hầu hết các đại dương trên thế giới đều trải qua các cơn bão, thì một số khu vực ở Xích đạo lại tương đối tĩnh lặng và yên bình. Vì vậy, các cấu trúc kỹ thuật tương đối rẻ tiền có thể đủ để bảo vệ các tấm pin mặt trời nổi ngoài khơi.
Bản đồ nhiệt toàn cầu có độ phân giải cao của chúng tôi cho thấy quần đảo Indonesia và Tây Phi xích đạo gần Nigeria có tiềm năng lớn nhất đối với các mảng năng lượng mặt trời nổi ngoài khơi.
Quy luật năng lượng mặt trời vào giữa thế kỷ
Theo xu hướng hiện tại, nền kinh tế toàn cầu sẽ được khử cacbon phần lớn và điện khí hóa vào năm 2050, được hỗ trợ bởi một lượng lớn năng lượng mặt trời và gió.
Khoảng 70 km2 tấm pin mặt trời có thể cung cấp tất cả nhu cầu năng lượng của một triệu người giàu có trong nền kinh tế không carbon. Các tấm pin có thể được đặt trên mái nhà, ở những khu vực khô cằn, nằm cùng khu vực nông nghiệp hoặc nổi trên mặt nước.
Nhưng các quốc gia có mật độ dân số cao, chẳng hạn như Nigeria và Indonesia, sẽ có không gian hạn chế để khai thác năng lượng mặt trời.
Bản đồ nhiệt cho các tấm pin mặt trời nổi ngoài khơi. Các khu vực màu đỏ là tốt nhất, tiếp theo là màu vàng, xanh lá cây và xanh đậm. Các đường màu xám hiển thị đường đi của bão nhiệt đới. Tín dụng: Cơ sở OpenStreetMap, CC BY-NĐ
Vị trí nhiệt đới của chúng trong cái gọi là vĩ độ "ảm đạm" cũng có nghĩa là tài nguyên gió rất nghèo nàn. May mắn thay, các quốc gia này—và các nước láng giềng của họ—có thể khai thác hiệu quả nguồn năng lượng không giới hạn từ các tấm pin mặt trời nổi trên các vùng biển xích đạo yên tĩnh.
Các tấm pin mặt trời nổi cũng có thể được đặt trên các hồ và hồ chứa trong đất liền. Năng lượng mặt trời nổi trong đất liền có tiềm năng lớn và đang phát triển nhanh chóng.
Bài báo được phát hành gần đây của chúng tôi khảo sát các đại dương toàn cầu để tìm các khu vực không trải qua sóng lớn hoặc gió mạnh trong 40 năm qua. Các tấm pin mặt trời nổi ở những khu vực như vậy không yêu cầu hệ thống phòng thủ kỹ thuật mạnh mẽ và đắt tiền.
Các khu vực không có sóng lớn hơn 6 mét và gió mạnh hơn 15 mét mỗi giây có thể tạo ra tới một triệu TWh mỗi năm. Đó là năng lượng hàng năm gấp khoảng năm lần so với mức cần thiết cho một nền kinh tế toàn cầu được khử cacbon hoàn toàn để hỗ trợ 10 tỷ người giàu có.
Hầu hết các địa điểm tốt đều gần Xích đạo, trong và xung quanh Indonesia và xích đạo phía tây châu Phi. Đây là những khu vực có mức tăng dân số cao và giá trị môi trường cao. Các tấm pin mặt trời nổi trên biển có thể giúp giải quyết xung đột sử dụng đất
Indonesia có tiềm năng năng lượng mặt trời rộng lớn
Indonesia là một quốc gia đông dân cư, đặc biệt là trên các đảo Java, Bali và Sumatra. Vào giữa thế kỷ này, dân số Indonesia có thể vượt 315 triệu người.
May mắn thay, Indonesia có tiềm năng năng lượng mặt trời rộng lớn và cũng có tiềm năng lưu trữ năng lượng thủy điện được bơm rất lớn để lưu trữ năng lượng mặt trời qua đêm.
Bản đồ nhiệt cho các tấm pin mặt trời nổi ngoài khơi ở Indonesia. Các khu vực màu đỏ là tốt nhất, tiếp theo là màu vàng, xanh lá cây và xanh đậm. Các đường màu xám hiển thị đường đi của bão nhiệt đới. Tín dụng: Tác giả cung cấp, sử dụng cơ sở OpenStreetMap, CC BY-NĐ
Khoảng 25.000 km vuông tấm pin mặt trời sẽ được yêu cầu để hỗ trợ một Indonesia giàu có sau khi khử cacbon hoàn toàn nền kinh tế sử dụng năng lượng mặt trời.
Indonesia có tùy chọn thả nổi một số lượng lớn các tấm pin mặt trời trên các vùng biển nội địa yên tĩnh. Khu vực có khoảng 140.000 km2 cảnh biển chưa từng trải qua những cơn sóng lớn hơn 4m—cũng như gió mạnh hơn 10m/giây—trong 40 năm qua.
Diện tích biển 6,4 triệu km2 của Indonesia lớn hơn 200 lần so với yêu cầu nếu toàn bộ nhu cầu năng lượng trong tương lai của Indonesia được đáp ứng từ các tấm pin mặt trời nổi ngoài khơi.
Tương lai cho năng lượng mặt trời nổi ngoài khơi
Hầu hết cảnh biển toàn cầu đều trải qua những con sóng lớn hơn 10m và gió mạnh hơn 20m mỗi giây. Một số công ty đang làm việc để phát triển hệ thống phòng thủ kỹ thuật để các tấm nổi ngoài khơi có thể chịu được bão. Ngược lại, môi trường biển lành tính dọc theo đường xích đạo đòi hỏi hệ thống phòng thủ ít mạnh mẽ và tốn kém hơn nhiều.
Chúng tôi đã tìm thấy cụm khu vực phù hợp nhất trong phạm vi 5–12 độ vĩ độ của Xích đạo, chủ yếu ở trong và xung quanh quần đảo Indonesia và ở Vịnh Guinea gần Nigeria. Những khu vực này có tiềm năng phát điện gió thấp, mật độ dân số cao, tốc độ tăng trưởng nhanh (cả về dân số và mức tiêu thụ năng lượng) và các hệ sinh thái nguyên vẹn đáng kể không nên bị phá bỏ để xây dựng các trang trại năng lượng mặt trời. Bão nhiệt đới hiếm khi ảnh hưởng đến các vùng xích đạo.
Ngành công nghiệp năng lượng mặt trời nổi ngoài khơi đang ở giai đoạn sơ khai. Các tấm pin mặt trời ngoài khơi có nhược điểm so với các tấm pin trên bờ, bao gồm cả sự ăn mòn của muối và ô nhiễm biển. Biển nông được ưu tiên cho một neo các tấm xuống đáy biển. Và phải chú ý cẩn thận để giảm thiểu thiệt hại đối với môi trường biển và hoạt động đánh bắt cá. Sự nóng lên toàn cầu cũng có thể làm thay đổi các kiểu gió và sóng.
Bất chấp những thách thức này, chúng tôi tin rằng các tấm pin nổi ngoài khơi sẽ cung cấp một thành phần lớn trong hỗn hợp năng lượng cho các quốc gia tiếp cận vùng biển xích đạo yên tĩnh. Vào giữa thế kỷ này, khoảng một tỷ người ở các quốc gia này sẽ chủ yếu dựa vào năng lượng mặt trời, điều này đang gây ra sự thay đổi năng lượng nhanh nhất trong lịch sử.
