Tua bin ngoài khơi xác nhận tầm nhìn điện phân tái tạo nửa thế kỷ
Trong cuộc khủng hoảng năng lượng những năm 1970 , người sáng lập chương trình kỹ thuật điện gió đầu tiên của Hoa Kỳ đã nói với Quốc hội Hoa Kỳ rằng tua-bin gió có thể loại bỏ sự phụ thuộc của Hoa Kỳ vào năng lượng nước ngoài . Giáo sư kỹ thuật William Heronemus của Đại học Massachusetts đã thấy trước các tua-bin khai thác những cơn gió mạnh thổi ngoài khơi và sử dụng quá trình điện phân nước biển để lưu trữ năng lượng tái tạo của chúng dưới dạng nhiên liệu hydro.
Một công nhân bước ra khỏi lối đi dẫn đến giàn sản xuất điện phân nước biển từ gió thành hydro do công ty Lyhfe của Pháp sản xuất.
PETER FAIRLEY
Nửa thế kỷ sau, tầm nhìn của Heronemus đã mọc ra những chiếc chân biển. Các công nghệ nền tảng để thả nổi các tua-bin khổng lồ đang phát triển nhanh chóng , mở rộng khả năng tiếp cận của năng lượng gió ngoài khơi với gió mạnh hơn trên các vùng nước sâu hơn. Và trong những tuần gần đây, các nhà máy điện phân dựa trên nền tảng đầu tiên đã được đẩy ra khơi.
Các quốc gia đang trông cậy vào sự phong phú của năng lượng gió ngoài khơi và tính linh hoạt của năng lượng hydro để đáp ứng các mục tiêu về an ninh năng lượng và khí hậu, đồng thời việc kết hợp hai công nghệ này sẽ mang lại lợi thế về chi phí và vận hành.
Tháng trước, một nhà sản xuất hydro của Pháp đã kéo nền tảng sản xuất hydro nổi đầu tiên trên thế giới đến một địa điểm thử nghiệm cách bờ biển Normandy 20 km. Lhyfe có trụ sở tại Nantes đã bắt đầu vận hành nền tảng 1 megawatt tại cảng Nantes Saint-Nazaire vào năm ngoái bằng cách sử dụng năng lượng trên bờ, sản xuất 400 kg hydro xanh hoặc tái tạo mỗi ngày. Bây giờ họ đã sẵn sàng để cắm vào một tuabin gió nổi 2 MW tại địa điểm thử nghiệm năng lượng ngoài khơi SEM-REV của Pháp .
Và phương tiện truyền thông nhà nước Trung Quốc tuần trước đã đưa tin rằng các nhà nghiên cứu ở đó đã cắm một nền tảng sản xuất hydro vào một trang trại gió ngoài khơi tỉnh Phúc Kiến. Theo một đánh giá gần đây, gần một chục dự án trình diễn điện phân nổi bổ sung đang được thực hiện ở các vùng biển của Nhật Bản, Châu Âu và Scandinavia
Giám đốc dự án ngoài khơi Lhyfe Stéphane Le Berre cho biết, điều thúc đẩy sự quan tâm đến việc sản xuất hydro ngoài khơi là tâm lý ngại rủi ro và giảm chi phí dự kiến. Le Berre cho biết, các quốc gia đang trông cậy vào sự phong phú của năng lượng gió ngoài khơi và tính linh hoạt của năng lượng hydro để đáp ứng các mục tiêu về an ninh năng lượng và khí hậu, đồng thời việc kết hợp hai công nghệ này mang lại lợi thế về chi phí và vận hành.
Tua bin gió nổi 2 MW này tại địa điểm nghiên cứu ngoài khơi SEM-REV của Pháp, do BW Ideol thiết kế, là tiền đề cho một nhà máy điện nổi 1 gigawatt sẽ được lắp đặt ở Scotland.PETER FAIRLEY
Các chính phủ châu Âu đã lập chương trình phát triển kết hợp gió cộng với hydro ngoài khơi . Vào tháng 1, Đức thông báo rằng họ đã chỉ định không gian trong lãnh hải Biển Bắc cho một dự án hydro xanh có công suất 1 GW. Hai tháng sau, chính phủ Hà Lan cho biết họ sẽ yêu cầu các nhà thầu cho nhà máy điện gió Biển Bắc bao gồm một máy điện phân ngoài khơi 500 MW.
Trong chuyến thăm nhà máy nổi của Lhyfe vào tháng trước, ngay trước khi nó rời bến cảng, Le Berre nói với IEEE Spectrum rằng việc sản xuất hydro ngoài khơi được đưa vào sứ mệnh của Lhyfe. Lhyfe bắt đầu sản xuất hydro trên bờ vào năm 2021, nhưng nhà máy điện phân 1 MW ở ven biển Normandy phía nam Nantes sử dụng nước biển từ bến cảng địa phương. Bộ máy lọc nước của nhà máy Bouin loại bỏ muối và các chất gây ô nhiễm hòa tan khác có thể ăn mòn các chất xúc tác của máy điện phân.
Năm ngoái, Lhyfe đã huy động được 110 triệu euro (118 triệu đô la Mỹ) trong đợt phát hành cổ phiếu lần đầu ra công chúng và tăng tốc mở rộng quy mô trên bờ. Nó hiện có ba nhà máy 5 MW đang được xây dựng và đang phát triển các dự án vượt quá 100 MW ở Đan Mạch và Thụy Điển.
Le Berre cho biết, để bắt đầu di chuyển ra nước ngoài, Lhyfe phải thu nhỏ thiết bị và tăng cường độ tin cậy.
“Một nhà máy sản xuất hydro cộng với đường ống dẫn là một khoản đầu tư rẻ hơn từ 5 đến 10 lần so với một trạm biến áp điện cộng với một dây cáp.”
—Stéphane Le Berre, Lhyfe
Công cụ trình diễn ngoài khơi của Lhyfe tái sử dụng một nền tảng thử nghiệm năng lượng sóng hiện có với khoảng 200 mét vuông boong hở—một không gian chật hẹp cho máy điện phân, nhà máy lọc nước và máy biến áp cần thiết để sử dụng 20 kilovolt từ tua-bin gió nổi của khu thử nghiệm SEM-REV. Nhà phát triển máy điện phân Plug Power , có trụ sở tại Latham, NY, đã hợp tác thiết kế lại phần cứng để làm cho thiết bị phù hợp.
Trong khi đó, các tinh chỉnh đối với hệ thống điều khiển của máy điện phân là cần thiết để đảm bảo hoạt động chính xác trong bối cảnh có sự chen lấn dự kiến tại SEM-REV, nơi sóng có thể vượt quá 13 mét. Ví dụ, các cảm biến phải được hiệu chỉnh lại để hệ thống có thể vượt qua sóng va chạm nhưng vẫn tắt trong trường hợp áp suất khí bên trong tăng đột biến nguy hiểm tiềm ẩn.
Việc chuẩn bị cho sự khắc nghiệt của hoạt động ngoài khơi cũng thúc đẩy các nâng cấp độc quyền đối với việc xử lý nước—thành phần mà Lhyfe xác định là liên kết yếu nhất của nền tảng hydro.
Thời tiết và sự cạnh tranh đối với các tàu có thể khiến việc tiếp cận các giàn khoan ngoài khơi trở nên khó khăn hoặc không thể thực hiện được trong nhiều tuần hoặc nhiều tháng, khiến việc vệ sinh các bộ lọc thẩm thấu ngược hàng tháng là không thể thực hiện được. Vì vậy, Lhyfe đã thêm các công nghệ để vừa ngăn chặn vừa loại bỏ cặn bẩn. Le Berre cho biết: “Chúng tôi phải thiết kế các hệ thống sao cho trong khoảng sáu tháng, không cần bảo trì, không cần vận hành.
Le Berre cho biết, mục tiêu là đảm bảo rằng nền tảng này hoạt động trong điều kiện thời tiết thực sự tồi tệ, để Lhyfe sẽ thấy được điều gì đang hoạt động—và điều gì cần cải thiện. Ông nói rằng điều đó sẽ giúp Lhyfe có lợi thế đấu thầu các dự án ngoài khơi khi năng lượng gió nổi trở nên cạnh tranh với việc cố định tua-bin dưới đáy biển—một điểm bùng phát mà ông dự đoán vào khoảng năm 2030.
Tại sao lại gặp rắc rối khi sản xuất hydro ngoài khơi ngay từ đầu? Tại sao không đưa điện vào bờ và sản xuất hydro ở đó?
Đối với các nhà cung cấp hydro, lợi thế ở nước ngoài là tránh được chi phí và cho phép trì hoãn liên quan đến việc xác định vị trí sản xuất hydro ở những nơi đông dân cư như Châu Âu và Nhật Bản. Le Berre cho biết thêm rằng Lhyfe phải mất một năm để tìm được một công ty bảo hiểm sẵn sàng chi trả cho nhà máy đầu tiên của họ.
Trong khi đó, đối với các nhà sản xuất gió ngoài khơi, Lhyfe dự án bổ sung điện phân và đường ống dẫn hydro vào bờ sẽ giảm chi phí cung cấp năng lượng của họ khi các công viên gió di chuyển xa hơn ngoài khơi. Le Berre cho biết: “Một nhà máy sản xuất hydro cộng với đường ống dẫn là một khoản đầu tư rẻ hơn từ 5 đến 10 lần so với một trạm biến áp điện cộng với một dây cáp.
Sự phát triển công nghệ có thể thúc đẩy lợi thế ngoài khơi của hydro Nhà máy của Trung Quốc được khởi động trong tháng này sử dụng một dàn máy điện phân mới được thiết kế tại Viện Khoa học Trung Quốc giúp loại bỏ nhu cầu xử lý nước. Công nghệ dựa trên màng, được báo cáo vào năm ngoái trên tạp chí Nature , tạo ra hơi nước một cách tự nhiên, chuyển hơi nước một cách có chọn lọc về phía tế bào điện phân và tái hóa lỏng nó để phân tách bằng chất xúc tác.
Le Berre cho biết Lhyfe không chờ đợi những cải tiến để lên kế hoạch mở rộng quy mô ra nước ngoài. Anh ấy nói rằng họ đã có một đối tác xếp hàng cho một dự án 10 MW trên một giàn khoan ngoài khơi ở Bắc Âu—một dự án mà anh ấy hứa sẽ có thể “tiết lộ chính thức” sớm.
Về lâu dài, Le Berre nói rằng Lhyfe hy vọng sẽ mang lại lợi ích nào đó cho đại dương. Tách nước biển để tạo ra hydro cũng giải phóng một lượng oxy tương đương, vốn bị thiếu ở nhiều vùng nước ven biển do nước thải và phân bón chảy tràn. Theo Le Berre, việc chống lại các vùng chết oxy như vậy đã thúc đẩy sự ra mắt của Lhyfe vào năm 2019: “Chúng tôi muốn đại dương thực sự giữ được lượng oxy này nhiều nhất có thể.”
