Người khổng lồ thủy triều O2: Tua bin thủy triều mạnh nhất thế giới đang thay đổi cuộc chơi như thế nào
Tua bin thủy triều nổi O2, do Orbital Marine Power vận hành, được đặt tại trung tâm quần đảo Orkney với tàu khảo sát Green Quest ở phía sau. Nguồn: Đại học Plymouth
Các nhà khoa học đã nghiên cứu tua bin thủy triều O2 ở Scotland, cho thấy dòng thủy triều và các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến hiệu suất và vị trí lắp đặt của tua bin như thế nào. Những phát hiện của họ nhấn mạnh đến nhu cầu đánh giá cụ thể tại địa điểm và làm nổi bật độ tin cậy của năng lượng thủy triều, bất chấp những thách thức trong việc mở rộng quy mô và vận hành ở vùng nước có nhiều biến động.
Đường bờ biển Vương quốc Anh sắp chứng kiến sự gia tăng đáng kể về năng lượng thủy triều và các cơ sở năng lượng tái tạo ngoài khơi khác trong những thập kỷ tới.
Tuy nhiên, việc triển khai công nghệ tiên tiến trong điều kiện dòng hải lưu thường khắc nghiệt có thể đặt ra một số thách thức cho ngành năng lượng thủy triều, đặc biệt là liên quan đến sự không chắc chắn về tác động của chúng đối với môi trường.
Để giải quyết vấn đề đó, một nhóm các nhà khoa học đã sử dụng kết hợp công nghệ máy bay không người lái trên không và các cuộc khảo sát trên thuyền để lập bản đồ các luồng thủy triều phức tạp mà tuabin thủy triều mạnh nhất thế giới gặp phải – O2 của Orbital Marine Power, được đặt tại trung tâm quần đảo Orkney, Scotland.
Không giống như các tuabin dòng thủy triều thông thường, O2 nổi trên bề mặt biển, được neo bằng dây neo vào đáy biển. Nền tảng này dài hơn 70 mét và được kết nối với lưới điện tại Trung tâm năng lượng biển châu Âu (EMEC), với ước tính rằng nó có thể cung cấp điện cho 2.000 ngôi nhà ở Anh mỗi năm.
Tác động của luồng thủy triều và vị trí đặt tuabin
Nghiên cứu bao gồm việc nhấn mạnh cách các luồng thủy triều thay đổi, vượt quá 8 hải lý, có thể tác động đến thiết bị và hiệu suất của nó, nhưng cũng nêu bật cách dòng chảy ngược dòng của O2 có thể tác động đến vị trí đặt các tuabin khác cũng như môi trường sống dưới biển.
Thông qua đó, các nhà khoa học cung cấp những hiểu biết mới về vị trí tối ưu của các tuabin dòng thủy triều, đồng thời nhấn mạnh tầm quan trọng của các đánh giá cụ thể tại các địa điểm có tuabin tiềm năng để giúp thu hẹp khoảng cách giữa các phép đo thực tế và mô phỏng máy tính.
Họ cũng hy vọng cách tiếp cận của họ có thể được sử dụng để giải quyết những bất ổn xung quanh các tương tác với môi trường tự nhiên và môi trường sống của sinh vật biển.
Một nghiên cứu trước đây của các tác giả chính đã phát hiện ra rằng luồng gió xoáy của tuabin tạo ra một điểm nóng kiếm ăn có thể dự đoán được cho các loài chim biển sinh sản gần đó, tuy nhiên nếu các mảng tuabin được sắp xếp quá chặt chẽ, nó có thể hạn chế sự di chuyển của một số loài động vật biển.
Ngoài các loài chim biển, các tác giả đã gặp phải cá voi sát thủ di chuyển ngang qua tuabin trong một trong những cuộc khảo sát bằng máy bay không người lái của họ, chứng minh tầm quan trọng của việc giải quyết vấn đề này.
Hợp tác và Tiến bộ Công nghệ
Nghiên cứu, được công bố trên Nature Communications, được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu từ Hiệp hội Sinh học Biển (MBA), Đại học Plymouth và Đại học Cao nguyên và Quần đảo (UHI) Shetland.
Tiến sĩ Lilian Lieber, Nghiên cứu viên tại MBA và Đại học Plymouth, là tác giả chính của nghiên cứu. Bà cho biết: "Thực hiện khảo sát hải dương học tại một trong những dòng thủy triều mạnh nhất thế giới, nơi dòng chảy có thể vượt quá 8 hải lý, vừa thú vị vừa đầy thách thức. Tuy nhiên, việc thu thập dữ liệu trong những môi trường hỗn loạn này là rất quan trọng để giải quyết một số vấn đề phức tạp mà ngành năng lượng thủy triều đang phải đối mặt hiện nay. Việc bố trí tối ưu các tua-bin này trong các kênh hẹp được bao quanh bởi các đảo là một nỗ lực phức tạp, nhưng các phương pháp mới của chúng tôi đã cung cấp những hiểu biết sâu sắc về các dòng chảy hỗn loạn và dấu hiệu sóng đánh này".
Năng lượng thủy triều được coi là một trong những nguồn năng lượng sạch đáng tin cậy hơn, với thủy triều - không giống như gió và sóng - vừa đều đặn vừa có thể dự đoán được.
Các tua-bin, được thiết kế để khai thác năng lượng thủy triều gần bề mặt biển, hoạt động giống như các cối xay gió dưới nước và chuyển đổi động năng của nước chuyển động thành điện. Nhưng vì nước đặc hơn không khí hơn 800 lần, chúng tạo ra nhiều năng lượng hơn các tua-bin gió có cùng kích thước.
Tiềm năng tương lai và Thách thức của ngành
Trong tương lai, người ta hình dung có thể có nhiều cơ sở lắp đặt hơn trên khắp Vương quốc Anh, với nghiên cứu trước đây của những người tham gia vào nghiên cứu hiện tại cho thấy năng lượng dòng thủy triều có thể đáp ứng tới 11% nhu cầu điện hàng năm của Vương quốc Anh.
Shaun Fraser, Nhà khoa học cấp cao và Trưởng nhóm nghề cá từ UHI Shetland, cho biết thêm "Nghiên cứu này cho thấy những lợi ích của việc kết hợp chuyên môn khoa học và triển khai các công nghệ mới để có thể đạt được tiến bộ đáng kể trong việc hiểu các môi trường thủy triều động. Với sự phát triển hơn nữa của cơ sở hạ tầng năng lượng tái tạo trên biển ở khu vực Cao nguyên và Quần đảo có thể diễn ra trong tương lai gần, công trình này có liên quan hơn bao giờ hết đến các ngành công nghiệp và cộng đồng địa phương".
Mặc dù năng lượng thủy triều hứa hẹn, nhưng lĩnh vực này vẫn phải đối mặt với những thách thức đáng kể, bao gồm chi phí mở rộng quy mô công nghệ, khả năng kết nối lưới điện và đảm bảo các tua-bin có thể tiếp tục hoạt động trong các dòng chảy cực kỳ hỗn loạn.
Nghiên cứu mới nhằm giải quyết một số thách thức đó bằng cách
các kỹ thuật đo lường thực địa cần thiết để thông báo về độ tin cậy lâu dài và phát triển bền vững của các công nghệ thủy triều.
Alex Nimmo-Smith, Giáo sư Khoa học và Công nghệ Hàng hải tại Đại học Plymouth và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: "Cho dù đó là các trang trại gió ngoài khơi nổi trên Biển Celtic hay các tua-bin thủy triều ngoài khơi bờ biển Scotland, chúng ta sẽ thấy nhiều nền tảng năng lượng tái tạo ngoài khơi hơn được lắp đặt trên khắp bờ biển Vương quốc Anh trong những thập kỷ tới. Tuy nhiên, các điều kiện tự nhiên ở vùng biển xung quanh Vương quốc Anh vô cùng đa dạng và phức tạp, điều mà không thể sao chép hoàn toàn trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm được kiểm soát hoặc mô phỏng máy tính. Nghiên cứu này chứng minh một phương tiện hiệu quả về mặt chi phí để chống lại điều đó và nếu chúng ta muốn có được những lợi ích lớn nhất từ cuộc cách mạng năng lượng sạch, các đánh giá có tính đến các điều kiện môi trường thực tế sẽ có tầm quan trọng sống còn".
Tài liệu tham khảo: “Sheared turbulent flows and wake dynamics of an idled floating tidal turbine” của Lilian Lieber, Shaun Fraser, Daniel Coles và W. Alex M. Nimmo-Smith, ngày 20 tháng 9 năm 2024, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-024-52578-x
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Hội đồng nghiên cứu khoa học vật lý và kỹ thuật.
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