Sóng Bờ Tây có thể giúp cung cấp năng lượng cho lưới năng lượng của bang không?
Một bộ chuyển đổi năng lượng sóng nằm ngoài khơi Viện Hải dương học Scripps ở La Jolla. Công ty CalWave có trụ sở tại Oakland đã hợp tác với viện nghiên cứu để thử nghiệm công nghệ này với hy vọng sử dụng sóng để tạo ra điện sạch. (Ảnh do CalWave cung cấp)
Nếu bạn đã từng lướt sóng hoặc cảm thấy say sóng hoặc chỉ đơn giản là quan sát khi đại dương ập vào bờ, bạn sẽ biết sức mạnh của những con sóng. Câu hỏi có khả năng thay đổi thế giới là, liệu năng lượng đó có thể được khai thác theo cách tiết kiệm chi phí để sản xuất điện sạch, đáng tin cậy hay không?
Năng lượng mặt trời và gió thống trị các cuộc thảo luận về năng lượng tái tạo Và chỉ với rất nhiều đất dành cho các dự án như vậy, mối quan tâm đến việc sử dụng các vùng biển mở cho các trang trại năng lượng mặt trời nổi và gió ngoài khơi đang tăng lên. Điều đó đã được thể hiện vào đầu tháng này, khi chính phủ liên bang tổ chức phiên đấu giá đầu tiên cho các trang trại gió ngoài khơi bờ biển California.
Nhưng cũng có nguồn tài trợ, nghiên cứu và sự chú ý thương mại mới tập trung vào việc tìm cách sử dụng các phẩm chất của chính đại dương, thay vì chỉ bất động sản của nó, để tạo ra năng lượng tái tạo. Ở một số nơi, điều đó có thể có nghĩa là chạm vào dòng hải lưu mạnh, nhiệt độ nước dao động hoặc thủy triều cực đoan. Dọc theo Bờ biển phía Tây, điều đó có nghĩa là năng lượng sóng, trong đó các thiết bị được đặt ở hoặc ngay bên dưới bề mặt sử dụng chuyển động nhấp nhô hoặc áp suất của sóng biển để chạy tua-bin tạo ra điện.
Với gần một nửa số người Mỹ sống trong phạm vi 50 dặm tính từ bờ biển, đại dương mang lại tiềm năng đáng kể để giúp Hoa Kỳ đạt được mục tiêu không phát thải ròng vào năm 2050 và giúp California đạt được điều đó trước thời hạn về mức không phát thải ròng vào năm 2045.
Theo báo cáo mới nhất từ Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia, có quá đủ năng lượng trong tất cả các nguồn năng lượng biển dọc theo bờ biển Hoa Kỳ để đáp ứng nhu cầu điện hiện tại. Nếu chỉ một phần mười năng lượng biển có thể thu được bằng công nghệ ngày nay được khai thác, báo cáo cho biết đại dương có thể cung cấp năng lượng cho khoảng 22 triệu hộ gia đình trên toàn quốc và 1,3 triệu hộ gia đình ở California. Điều đó sẽ thay thế tới 7% lượng điện được sử dụng trong nước hiện nay bằng năng lượng tái tạo, không phát thải.
Vậy tại sao năng lượng sóng không bùng nổ như năng lượng mặt trời và gió trong những thập kỷ gần đây? Brian Polgye, giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Đại học Washington, người nghiên cứu về năng lượng biển, cho biết một lý do chính là bởi vì, trong khi tua-bin gió đã có từ thời La Mã, thì công nghệ năng lượng sóng chỉ thực sự bắt đầu cho đến những năm 1970. Điều đó có nghĩa là vẫn chưa có tiêu chuẩn vàng cho các bộ chuyển đổi năng lượng sóng sẽ trông như thế nào, với các công ty vẫn đang theo đuổi ít nhất tám công nghệ khác nhau để xem công nghệ nào có thể đột phá bằng cách chịu được các điều kiện khắc nghiệt của đại dương và tạo ra nhiều năng lượng nhất với giá cạnh tranh.
Polagye cho biết cũng không có địa điểm “goldilocks” nào cho các dự án như vậy được xác định. Có tiềm năng vững chắc từ Nam California đến đầu Washington, với những điểm cộng và điểm trừ cho mỗi lựa chọn.
Nhưng một thử nghiệm quan trọng về tiềm năng năng lượng sóng ở Bờ Tây sắp diễn ra.
Việc xây dựng đang được tiến hành trên một địa điểm có tên là PacWave, cách bờ biển Newport, Oregon bảy dặm. Bộ Năng lượng, cơ quan đang giúp tài trợ và phát triển dự án cùng với Đại học Bang Oregon, cho biết đây sẽ là “cơ sở thử nghiệm năng lượng sóng biển ngoài trời, được kết nối lưới điện, được công nhận, được cấp phép trước đầu tiên của quốc gia.”
Nếu mọi việc diễn ra theo đúng kế hoạch, một số công ty đã giành được tài trợ của liên bang để thử nghiệm tại PacWave cho biết họ đặt mục tiêu “tung hoành” các thiết bị của mình ở đó vào năm 2024 và tung ra các bộ chuyển đổi năng lượng sóng thương mại cho các dự án nhỏ ngay sau năm 2025.
Các đội nâng một bộ chuyển đổi năng lượng sóng do CalWave, một công ty có trụ sở tại Oakland, chế tạo, trước khi đưa nó ra ngoài để thử nghiệm trong 10 tháng ở vùng biển mở ngoài khơi bờ biển San Diego. CalWave hy vọng sẽ giúp tiên phong phát triển thương mại năng lượng sóng sạch. (Ảnh do CalWave cung cấp)
Một bộ chuyển đổi năng lượng sóng nằm ngoài khơi Viện Hải dương học Scripps ở La Jolla. Công ty CalWave có trụ sở tại Oakland đã hợp tác với viện nghiên cứu để thử nghiệm công nghệ này với hy vọng sử dụng sóng để tạo ra điện sạch. (Ảnh do CalWave cung cấp)
Các nhóm từ CalWave, một công ty có trụ sở tại Oakland, đang làm việc trên một bộ chuyển đổi năng lượng sóng gọi là xWave. Thiết bị gần đây đã hoàn thành cuộc thử nghiệm kéo dài 10 tháng ngoài khơi bờ biển San Diego, nơi nó sử dụng thành công chuyển động của sóng để tạo ra năng lượng sạch. (Ảnh do CalWave cung cấp)
Sau đó, các bộ chuyển đổi năng lượng sóng có thể được sử dụng trong vòng vài năm để cung cấp năng lượng cho các hoạt động trên biển, chẳng hạn như nuôi trồng thủy sản và nghiên cứu đại dương, hoặc các cộng đồng bị cô lập hiện đang dựa vào năng lượng bẩn, đắt tiền như máy phát điện chạy bằng dầu diesel. Đó là một sự phát triển mà Polagye cho biết ông coi là “gần như chắc chắn”.
Đối với việc nhân rộng các dự án như vậy, để tạo ra các mảng bộ chuyển đổi năng lượng sóng có thể cung cấp cho lưới năng lượng của nhà nước? David Duquette, giám đốc điều hành của Littoral Power Systems Inc. có trụ sở tại Massachusetts, đã giành được khoản tài trợ trị giá 4 triệu đô la để thử nghiệm một thiết bị tại PacWave, đã nói như sau:
"Chúng tôi có rất nhiều việc phải làm."
Theo một nghĩa nào đó, Polagye chỉ ra, năng lượng sóng là một dạng khác của cả năng lượng mặt trời và gió.
Khi mặt trời làm nóng không khí ở những nơi khác nhau trên thế giới vào những thời điểm khác nhau, không khí nóng bốc lên và không khí lạnh di chuyển xung quanh để chiếm chỗ nó, tạo ra gió. Gió sau đó di chuyển trên đại dương, cuốn theo nước và gây ra sóng. Nhưng không giống như năng lượng mặt trời, năng lượng sóng xảy ra suốt ngày đêm. Và nó đáng tin cậy hơn và dễ dự đoán hơn năng lượng gió, khiến nó trở nên hấp dẫn từ góc độ hiệu quả.
Để thu được năng lượng mặt trời được chuyển thành sóng, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu tám loại công nghệ chính với những cái tên vui nhộn như “sóng phồng” và “bộ biến đổi sóng dao động”.
Loại công nghệ năng lượng sóng đầu tiên để cung cấp điện cho lưới điện là một bộ suy giảm — một cấu trúc kim loại giống như con rắn trôi nổi song song với sóng và sử dụng chuyển động để quay tua-bin bên trong — được gọi là Bộ chuyển đổi năng lượng sóng Pelamis. Thiết bị đó đã được thử nghiệm thành công ngoài khơi bờ biển Scotland từ năm 2004 đến năm 2007. Công ty Scotland đứng sau dự án đó sau đó đã phát triển một trang trại năng lượng sóng nhỏ ngoài khơi bờ biển Bồ Đào Nha cùng với các kế hoạch cho các dự án khác. Nhưng tài trợ đã ngừng đến và công ty đã đóng cửa vào năm 2014.
Polagye cho biết Scotland vẫn là nơi có địa điểm thử nghiệm năng lượng sóng tiên tiến nhất trên thế giới. Nhưng những người ủng hộ năng lượng sóng ở Hoa Kỳ hy vọng địa điểm thử nghiệm 20 megawatt của PacWave có thể sớm giúp cơ sở đó kiếm được tiền.
PacWave đã được phát triển từ năm 2016. Việc xây dựng bắt đầu vào tháng 6 năm 2021 và sẽ hoàn thành vào năm 2023, với các đội lắp đặt dây cáp để truyền điện từ các thiết bị thử nghiệm trở lại các tiện ích. Cũng sẽ có văn phòng, phòng điều khiển và trung tâm dành cho du khách trên bờ, cùng với một tàu nghiên cứu có sẵn để giám sát địa điểm.
Littoral Power Systems sẽ đến PacWave để thử nghiệm hệ thống điều khiển cho công nghệ hấp thụ điểm, trong đó các cấu trúc giống pít-tông trên hoặc bên trong các cột thẳng đứng nhấp nhô theo sóng và cung cấp năng lượng cho động cơ trên tàu.
Công ty đã trao số tiền lớn nhất từ Bộ Năng lượng để thử nghiệm ngoài khơi Oregon là CalWave có trụ sở tại Oakland, công ty đã nhận được 7,5 triệu đô la để triển khai thiết bị chênh lệch áp suất chìm có tên xWave. Thiết bị hình bát giác kín, có kích thước bằng một phòng ngủ nhỏ, được kéo ra bằng thuyền và thả neo xuống đáy biển để ngồi ngay dưới bề mặt. Khi sóng dâng lên và hạ xuống trên hộp màu xanh lam, áp suất được tạo ra sẽ kích hoạt hệ thống truyền động bên trong để tạo ra điện.
Người sáng lập CalWave, Marcus Lehmann, bắt đầu phát triển công nghệ này cách đây một thập kỷ khi ông còn là sinh viên tốt nghiệp tại UC Berkeley. Mùa thu này, với sự hợp tác của Viện Hải dương học Scripps, công ty của ông đã hoàn thành dự án thử nghiệm năng lượng sóng bền vững đầu tiên của California ngoài khơi bờ biển San Diego. Kết quả thật hứa hẹn.
Sau 10 tháng lênh đênh trên biển, xWave vẫn hoạt động bất chấp hai cơn bão lớn. Nó hoạt động tự chủ 80% thời gian mà không cần bất kỳ sự can thiệp nào. Và trong khi nó không được kết nối với lưới điện, Lehmann cho biết xWave đã gửi thành công nguồn điện tới Scripps thông qua cáp truyền dẫn hiện có.
CalWave hiện đang làm việc trên phiên bản 100 kilowatt của xWave, phiên bản này sẽ được thử nghiệm tại PacWave trong hai năm. Lehmann cho biết anh ấy vẫn chưa chắc sẽ mất bao lâu để có thể đạt được chứng nhận xWave trước khi bắt đầu phân phối thương mại. Nhưng anh ấy nói rằng anh ấy đã sắp xếp tài chính và năng lực sản xuất cho một vài dự án tiềm năng ngay khi chúng được bật đèn xanh.
Địa điểm, địa điểm, địa điểm
CalWave đã ký một biên bản ghi nhớ để phát triển một số dự án thương mại nhỏ đầu tiên của họ ở những vùng xa xôi của Alaska cần tiếp cận với nguồn điện đáng tin cậy.
Công ty cũng đang tìm cách phát triển các quốc đảo như một thị trường tiềm năng. Nhiều người hiện đang dựa vào động cơ diesel nhập khẩu để cung cấp năng lượng, vốn đắt đỏ và bẩn. Và vì nhu cầu năng lượng không lớn ở hầu hết những nơi đó, Lehmann cho biết họ là những ứng cử viên lý tưởng cho các dự án lưới điện siêu nhỏ năng lượng sóng.
Cũng có thể một ngày nào đó sẽ có quỹ liên bang để giúp hỗ trợ những nỗ lực như vậy ở các quốc gia đang phát triển. Trong hội nghị khí hậu COP27 của Liên Hợp Quốc tại Ai Cập vào tháng 11, các chính phủ giàu có hơn đã đồng ý hỗ trợ một quỹ “mất mát và thiệt hại” nhằm giúp đỡ các quốc gia nghèo hơn đang bị tàn phá bởi biến đổi khí hậu mặc dù đóng góp rất ít vào vấn đề này. Sử dụng một phần số tiền đó để giúp đỡ các quốc đảo đang gặp khó khăn - những quốc gia đang đối mặt với mối đe dọa nghiêm trọng nhất từ các tác động của khí hậu như mực nước biển dâng - việc chuyển đổi sang năng lượng sóng sạch, đáng tin cậy có ý nghĩa đối với Polgye.
Ngoài những dự án nhỏ hơn đó, Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia báo cáo rằng toàn bộ Bờ biển Thái Bình Dương là nơi lý tưởng để phát triển năng lượng sóng. Nhưng Polagye cho biết ban giám khảo vẫn chưa quyết định phần nào của bờ biển sẽ chứng minh là tốt nhất cho các dự án như vậy.
Năng lượng sóng trở nên mạnh hơn khi bạn di chuyển xa hơn lên bờ biển, về phía Oregon và Washington, điều đó có nghĩa là có nhiều khả năng tạo ra năng lượng hơn. Nhưng nó cũng có nghĩa là khắc nghiệt hơn
có thể tàn phá thiết bị và buộc các công ty phải cắt giảm thiết bị hoặc đưa chúng vào chế độ ngoại tuyến trong một khoảng thời gian. Vì vậy, về lâu dài, Polagye cho biết có thể có ít rủi ro hơn và năng lượng đáng tin cậy hơn từ các dự án năng lượng sóng ngoài khơi bờ biển California. Và những dự án như vậy càng gần các trung tâm dân cư lớn thì càng có nhiều nhu cầu.
Bờ biển đông đúc của Nam California đưa ra một số thách thức về hậu cần, với các tuyến đường vận chuyển nặng nề, tài nguyên quân sự và hoạt động giải trí ngoài khơi. Nhưng Lehmann cho biết ông tin tưởng rằng vẫn còn chỗ cho các dự án năng lượng sóng địa phương, chỉ ra cách những nơi như Đức đã tìm ra cách để làm cho các cảng đông đúc, đánh bắt cá và các dự án tái tạo ngoài khơi hoạt động. Và với các thiết bị như của anh ấy, nằm bên dưới bề mặt, không có tác động trực quan nào từ bờ biển.
Lehmann cho biết, có một lập luận tốt để đưa ra các công viên năng lượng sóng cùng với các trang trại gió ngoài khơi. Với tiềm năng chia sẻ đường truyền và một số chồng chéo quy định có thể xảy ra, ông cho biết nó có thể giúp hợp lý hóa các dự án như vậy cho cả các nhà phát triển gió và sóng.
Rào cản chính vẫn còn
Duquette thừa nhận rằng việc cho phép các dự án như vậy sẽ là một thách thức. Nhưng có lẽ ít hơn một số loại năng lượng tái tạo khác.
Ví dụ, vì nhiều bộ chuyển đổi năng lượng sóng không có các bộ phận chuyển động lộ ra ngoài nên chúng ít gây rủi ro cho sinh vật biển. Mối quan tâm chính là đối với các loài động vật có vú lớn hơn có thể bị vướng vào dây neo, điều có khả năng gây báo động cho những người ủng hộ động vật hoang dã.
Nhưng rào cản lớn nhất mà năng lượng sóng phải đối mặt hiện nay, những người ủng hộ cho biết, chỉ đơn giản là chi phí.
Mặc dù ngày nay có rất nhiều tiền dành cho nghiên cứu và phát triển, Duquette cho biết năng lượng sóng vẫn được bán lẻ với giá cao hơn khoảng ba lần so với các loại năng lượng tái tạo khác. Theo cách đó, năng lượng sóng ngày nay ở vị trí tương tự như năng lượng mặt trời và gió trong những năm 1980.
Nhưng khi công nghệ tiên tiến và nhu cầu về năng lượng tái tạo tăng lên, giá năng lượng mặt trời và gió giảm nhanh chóng. Và kể từ 5 năm trước, Polagye đã lưu ý rằng việc xây dựng một trang trại năng lượng mặt trời hoặc gió quy mô tiện ích mới sẽ rẻ hơn so với việc tiếp tục vận hành một nhà máy điện than hiện có.
