Tua-bin gió ngoài khơi mở ra con đường sản xuất hydro sạch tại bờ biển Hoa Kỳ.
Theo các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia (NREL), việc sử dụng điện do các tua-bin gió ngoài khơi tạo ra như một phương pháp để phân tách nước nhằm sản xuất hydro sạch có thể mang lại ý nghĩa kinh tế, đặc biệt là dọc theo Bờ biển Đại Tây Dương của Hoa Kỳ và Vịnh Mexico.
Theo phát hiện của họ trong bài báo mới xuất bản có tựa đề “Tiềm năng triển khai hệ thống điện gió thành hydro ngoài khơi quy mô lớn tại Hoa Kỳ” đăng trên Tạp chí Vật lý : Chuỗi hội nghị , thì nền kinh tế hoạt động hiệu quả nhất ở những khu vực có mực nước không quá sâu và gió mạnh.
Khả năng sản xuất hydro với chi phí gần bằng mục tiêu của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) về hydro sạch giá rẻ phụ thuộc đáng kể vào cả công nghệ được sử dụng và địa điểm sản xuất. Các ưu đãi chính sách dự kiến cũng có thể đóng một vai trò. Hydro có thể được sản xuất bằng cách sử dụng một máy điện phân tách nước - được tạo thành từ hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy - thành các thành phần của nó. Một máy điện phân chạy bằng nguồn năng lượng tái tạo sẽ tạo ra thứ được gọi là hydro sạch. Thông qua sáng kiến Hydrogen Shot , DOE đang dẫn đầu các nỗ lực nhằm giảm chi phí hydro sạch xuống còn 1 đô la một kg vào năm 2031. Đạt được 2 đô la một kg có thể giúp nó có khả năng cạnh tranh về chi phí trong một số ứng dụng so với các phương pháp sản xuất hydro thông thường sử dụng nhiều carbon.
Kaitlin Brunik, một kỹ sư nghiên cứu hệ thống lai tại NREL và là tác giả chính của bài báo mới, cho biết:
Cả điện gió ngoài khơi và sản xuất hydro sạch đều là những công nghệ đang phát triển nhanh chóng và khi kết hợp lại có tiềm năng tạo ra và lưu trữ nhiều năng lượng tái tạo cũng như khử cacbon cho các lĩnh vực khó có thể điện khí hóa.
“Tiếp tục đầu tư và nghiên cứu về thiết kế và tối ưu hóa ở cấp độ hệ thống và nhà máy có thể thúc đẩy tiến bộ công nghệ hơn nữa và giảm chi phí cho các hệ thống này.”
Các đồng tác giả của cô từ NREL là Jared Thomas, Caitlyn Clark, Patrick Duffy, Matthew Kotarbinski, Jamie Kee, Elenya Grant, Genevieve Starke, Nick Riccobono, Masha Koleva, Evan Reznicek và Jennifer King.
Bài báo mô tả việc sử dụng các mô phỏng nghiên cứu điển hình để phân tích kinh tế kỹ thuật của việc sản xuất hydro từ năng lượng gió ngoài khơi vào năm 2025, 2030 và 2035. Các nhà nghiên cứu NREL đã đánh giá hai kịch bản dựa trên điện phân được cung cấp bởi gió ngoài khơi và xác định bốn khu vực ven biển tiêu biểu cho các cơ sở lai gió-hydro. Tùy thuộc vào độ sâu của nước tại các địa điểm được nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã xem xét liệu các tua-bin sẽ nổi hay cố định trên đáy đại dương. Nghiên cứu cho thấy rằng đến năm 2030, sự kết hợp của các yếu tố bao gồm các ưu đãi về chính sách và gió ngoài khơi đáy cố định với điện phân trên bờ có thể cho phép sản xuất hydro với giá dưới 2 đô la một kg. Phân tích không cung cấp hướng dẫn về chính sách nhưng thể hiện chính sách bằng cách sử dụng các giả định sơ bộ được đưa ra trước khi ban hành các quy định được đề xuất cho khoản tín dụng thuế.
Trong kịch bản đầu tiên, một nhà máy điện gió ngoài khơi tạo ra điện được truyền qua cáp điện cao thế đến một địa điểm trên bờ. Tại đó, một máy điện phân tạo ra hydro từ nước ngọt. Đây là cách tiếp cận thông thường kết hợp điện gió ngoài khơi với điện phân trên bờ.
Trong kịch bản thứ hai, hydro được tách ra từ nước biển đã khử muối tại địa điểm nhà máy điện gió ngoài khơi, đòi hỏi nhiều cơ sở hạ tầng hơn ở đại dương để chứa các thiết bị bổ sung. Sau đó, hydro được vận chuyển qua đường ống đến bờ để lưu trữ. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng tính khả thi về mặt kỹ thuật của kịch bản này chưa được xác lập rõ ràng.
Brunik nói :
“Việc di chuyển một thiết bị điện phân đến một giàn khoan ngoài khơi để sản xuất năng lượng số lượng lớn là một thách thức mới,”
“Để khai thác hoàn toàn điện năng được tạo ra từ các trang trại gió ngoài khơi để sản xuất hydro, cần có các máy điện phân lớn, cùng với các thiết bị phụ trợ để xử lý nước, lưu trữ và vận chuyển hydro.” Sản xuất hydro tái tạo ngoài khơi vẫn là lĩnh vực chưa được khám phá, đòi hỏi phải có cấu hình sáng tạo để tích hợp tất cả các thiết bị cần thiết với một trang trại gió để vận hành ở quy mô gigawatt.
Ngoài thiết kế công nghệ của các hệ thống này, các nhà nghiên cứu đã cân nhắc xem hệ thống gió-hydro ngoài khơi sẽ được đặt ở đâu là tốt nhất. Họ đã xem xét các địa điểm nông hơn ở Vịnh Mexico và Vịnh New York, nơi các tua-bin có thể được cố định vào đáy đại dương, có nguồn tài nguyên gió dồi dào và gần với ít nhất một trong các Trung tâm Hydro Sạch Khu vực của DOE sẽ kết nối các nhà sản xuất và người tiêu dùng hydro. Họ cũng đã kiểm tra các địa điểm có vùng nước sâu hơn nhiều ngoài khơi bờ biển phía bắc California và ở Vịnh Maine, nơi các tua-bin sẽ phải được lắp đặt trên các bệ nổi. Hydro sẽ được lưu trữ trên bờ trong các đường ống ngầm, hang đá hoặc hang muối.
Phân tích dự đoán rằng chi phí san bằng của hydro (LCOH), bao gồm toàn bộ hệ thống gió, truyền tải điện và hệ thống hydro, có thể thấp nhất ở Vịnh New York do công suất gió cao hơn. Vịnh Mexico có con số thấp thứ hai. Việc lựa chọn nơi lưu trữ hydro ảnh hưởng đáng kể đến chi phí, với mức giảm từ 20% đến 30% trong LCOH được tính toán khi sử dụng hang động. Các ưu đãi chính sách dự kiến cũng là một yếu tố giúp giảm chi phí hơn nữa. Nghiên cứu này cho thấy các chỉ số đầy hứa hẹn về việc triển khai gió ngoài khơi thành hydro trên quy mô lớn có thể như thế nào và sẽ là một lĩnh vực quan tâm liên tục khi các công nghệ mới và tốt hơn tiếp tục được phát triển trong lĩnh vực này.
Văn phòng Công nghệ Năng lượng Gió và Văn phòng Công nghệ Pin Nhiên liệu và Hydro của DOE đã tài trợ cho nghiên cứu này.
Tua-bin gió ngoài khơi mở ra con đường sản xuất hydro sạch tại bờ biển Hoa Kỳ.
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
