Để đạt được mức 0 ròng, thế giới có thể cần tới 200.000 tua-bin gió ngoài khơi tạo ra 2.000 gigawatt (GW) năng lượng.
Đặt điều này trong bối cảnh, vào cuối năm 2022, 63 GW công suất điện gió ngoài khơi đã được lắp đặt trên toàn thế giới. Trong vòng 28 năm tới, lĩnh vực năng lượng gió ngoài khơi cần mở rộng để có khả năng sản xuất gấp 32 lần công suất năng lượng hiện tại.
Nhưng chúng ta đặt tất cả các trang trại gió ngoài khơi này ở đâu ? Địa điểm của họ sẽ cần được chọn để tối đa hóa sản lượng năng lượng và lợi ích xã hội của họ, đồng thời đảm bảo họ có tác động tối thiểu có thể đối với môi trường. Cân bằng tất cả các yếu tố này không phải là một nhiệm vụ đơn giản.
Chúng ta cần bao nhiêu không gian?
Để tìm ra nơi đặt các tua-bin mới, một điểm khởi đầu tốt là xác định chúng ta cần sử dụng bao nhiêu đại dương để đáp ứng các mục tiêu bằng không vào năm 2050. Tính toán này phụ thuộc vào kích thước của tua-bin, mức độ phát triển của công nghệ năng lượng gió từ nay đến năm 2050 và cấu hình chính xác của tua-bin trong trang trại gió.
Cùng với nhau, những yếu tố này kiểm soát "mật độ năng lượng" trong tương lai của các trang trại gió ngoài khơi – công suất gió ngoài khơi có thể được lắp đặt trên một đơn vị diện tích không gian trong đại dương. Con số cần thiết để đạt được mức không ròng là 4 megawatt (MW) trên mỗi km vuông. Điều này có nghĩa là diện tích đại dương mà chúng ta cần cho gió ngoài khơi là khoảng 500.000 km vuông, tương đương với diện tích của nước Pháp.
Sau khi biết được tổng không gian, nhiệm vụ tiếp theo là thu thập dữ liệu về các yếu tố hạn chế sự phát triển cơ sở hạ tầng trong đại dương. Có rất nhiều hạn chế, từ việc đảm bảo có đủ tốc độ gió để tua-bin quay, tránh các tuyến đường vận chuyển và các khu bảo tồn biển, cho đến liệu điều kiện đáy biển có khó xây dựng hay không.
Một số loại hạn chế tạo ra "vùng cấm", bởi vì một trang trại gió ngoài khơi sẽ gây ra sự gián đoạn rõ ràng và không thể chấp nhận được đối với một hoạt động hiện có, chẳng hạn như địa điểm được sử dụng cho các cuộc tập trận quân sự, khoan dầu hoặc tuyến đường vận chuyển.
Đối với các ràng buộc khác, đó là trường hợp tìm hiểu xem tác động ròng của trang trại gió có gây hại cho môi trường hoặc các hoạt động đã có ở đó hay không. Điều quan trọng là xác định mức độ đông đúc của các trang web tiềm năng, vì điều này cung cấp cơ sở hoặc điểm bắt đầu để đánh giá mức độ phù hợp của trang web.
Làm thế nào để chúng tôi tìm thấy các trang web phù hợp?
Nghiên cứu gần đây của chúng tôi cho thấy những cân nhắc như vậy có thể được sử dụng như thế nào để xác định các địa điểm phù hợp trong tương lai cho các trang trại gió ngoài khơi, sử dụng vùng biển của Vương quốc Anh làm nghiên cứu điển hình .
Vương quốc Anh là khu vực hàng đầu về năng lượng gió ngoài khơi, vì vậy quốc gia này cung cấp thông tin chi tiết về những thách thức mà toàn cầu phải đối mặt trong việc xây dựng các trang trại gió mới. Vương quốc Anh cũng là quốc gia đi đầu trong việc lập pháp cho net zero, bao gồm các kế hoạch chuyển đổi cơ sở hạ tầng năng lượng.
Nghiên cứu của chúng tôi đã sử dụng 34 lớp ràng buộc khác nhau, từ đó không gian có sẵn cho các địa điểm trong tương lai được xác định bằng cách loại trừ các khu vực đông đúc và cấm đi. Chúng tôi đã xác định không gian đại dương có sẵn cho các tua-bin gió ngoài khơi trong tương lai có diện tích khoảng 240.000 km vuông, tương đương với diện tích đất liền của Vương quốc Anh.
Dữ liệu tiết lộ thêm rằng, để đạt được mục tiêu cơ bản bằng 0 cho điện khí hóa trong nước ở Vương quốc Anh, 7% diện tích có sẵn đó sẽ cần được sử dụng cho các trang trại gió ngoài khơi. Điện khí hóa trong nước đề cập đến việc chuyển đổi các ngôi nhà sang sưởi ấm bằng điện từ (chủ yếu) khí đốt.
Đối với các mục tiêu khử cacbon đầy tham vọng hơn cho gió ngoài khơi, chiếm nhu cầu điện trong nước tăng lên trong số những thứ khác, không gian cần thiết tăng lên 44%.
Nếu các trang trại gió ngoài khơi trong tương lai được chia đều trên không gian dành cho chúng, thì có tới 70% các địa điểm trong tương lai sẽ chồng chéo với một đến ba hạn chế. Hơn nữa, khoảng 90% các địa điểm trong tương lai sẽ phải nằm trong vùng nước sâu (độ sâu khoảng 60m).
Công nghệ mới, chẳng hạn như bệ nổi, sẽ rất quan trọng để cho phép lắp đặt tua-bin gió ở những nơi này.
Đạt được số không ròng
Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng việc mở rộng quy mô lớn các trang trại gió ngoài khơi cần thiết để đáp ứng các mục tiêu bằng không ròng có thể đạt được. Hơn nữa, nó có thể được thực hiện mà không làm tăng mức độ trùng lặp trung bình với các hoạt động hiện có trong vùng biển của Vương quốc Anh.
Tuy nhiên, vẫn có khả năng việc mở rộng gió ngoài khơi có thể gây hại cho môi trường hoặc hạn chế các hoạt động đại dương hiện có. Ví dụ, trong trường hợp các khu bảo tồn biển, các trang trại gió có thể ngăn chặn cá và động vật lây lan sang các khu vực lân cận của đại dương. Có khả năng, điều này sẽ làm suy yếu một số mục tiêu đằng sau việc tạo ra khu vực được bảo vệ ngay từ đầu.
Sự tương tác ngày càng tăng giữa các trang trại gió, hệ sinh thái tự nhiên, các di sản như xác tàu đắm và các hoạt động của con người là không thể tránh khỏi. Nếu không lập kế hoạch và nghiên cứu cẩn thận , những tương tác này có thể gây hại cho môi trường và làm gián đoạn các hoạt động rộng lớn hơn của con người. Do đó, chúng phải được dự đoán và giải quyết một cách chủ động.
Tuy nhiên, việc di chuyển đến các tua-bin ở vùng nước sâu hơn và xa bờ hơn đặt ra một số thách thức thực sự. Chính những thách thức này sẽ cần phải được khắc phục bằng công nghệ cải tiến.
