Khai thác tiềm năng năng lượng gió nổi ngoài khơi (Bài 1)

Ảnh: rabobank

Để đẩy nhanh công nghệ gió nổi vào nguồn cung cấp điện chính, cần phải giải quyết một số trở ngại và thách thức. Những thách thức bao gồm cơ sở hạ tầng cảng không đầy đủ và chi phí năng lượng quy dẫn (LCOE) cao.

Tiêu chuẩn hóa, tối ưu hóa và thương mại hóa là rất quan trọng để làm cho năng lượng gió nổi trở nên cạnh tranh về mặt chi phí. Các chính phủ có thể đóng vai trò xúc tác trong việc khởi động triển khai các dự án gió nổi bằng cách lập kế hoạch tích hợp công nghệ gió nổi trong sản xuất năng lượng tái tạo của họ.

Khai thác tiềm năng gió ngoài khơi ở vùng nước sâu hơn

Một tương lai Net-Zero phụ thuộc rất nhiều vào năng lượng gió, như một trong những nguồn năng lượng tái tạo chính. Để khai thác nguồn năng lượng tự nhiên đó, các turbine gió khổng lồ đã được lắp đặt trên khắp thế giới, trên những ngọn núi cao, ở những vùng đồng bằng rộng lớn, ở rìa các vùng nước và ở trung tâm biển. Các trang trại gió ngoài khơi được coi là hiệu quả hơn các trang trại gió trên bờ chủ yếu do chúng có khả năng tiếp cận với tốc độ gió mạnh hơn và ổn định hơn trên biển và gần như hoàn toàn không có các vật thể vật lý gây nhiễu.

Kể từ khi lắp đặt turbine gió ngoài khơi đầu tiên vào năm 1990 ở Đan Mạch, kích thước của turbine, khoảng cách với bờ biển và độ sâu nước nơi lắp đặt móng đã liên tục tăng lên đáng kể. Hình 1 hiển thị độ sâu nước trung bình của các dự án gió ngoài khơi và dự báo liên quan trên toàn cầu (trừ Trung Quốc).

Theo BloombergNEF, độ sâu nước trung bình đã tăng hơn sáu lần trong khoảng thời gian từ năm 2000 đến năm 2022 và đường xu hướng trung bình được dự báo cho thấy xu hướng tăng sẽ tiếp tục đạt độ sâu khoảng 44 mét nước vào năm 2035.

Hình 1

Từ ý tưởng đến turbine gió nổi quy mô lớn

Turbine gió đáy cố định đang chiếm ưu thế trong quá trình khai thác năng lượng gió ngoài khơi và các trang trại gió đáy cố định sẽ tiếp tục phát triển với tốc độ ổn định trong nhiều năm. Tuy nhiên, sự phát triển của những trang trại như vậy cuối cùng sẽ chậm lại do việc lắp đặt nền móng cố định bị giới hạn ở độ sâu nước dưới 60 mét – ít nhất là với công nghệ và giải pháp kỹ thuật hiện nay.

Để khai thác tiềm năng năng lượng gió ở vùng nước sâu hơn 60m, turbine gió nổi là những lựa chọn khả thi về mặt kỹ thuật. Do đó, turbine gió nổi sẽ rất quan trọng cho việc mở rộng năng lượng gió ngoài khơi trong tương lai khi những thành quả thấp ở vùng nước nông được lấp đầy bằng các turbine gió có đáy cố định.

Đối với các quốc gia có vùng nước nông hạn chế như Nhật Bản, Pháp, Ý và Mỹ, đặc biệt là ở bờ Tây, turbine gió nổi có thể là công nghệ chủ chốt để khai thác nguồn tài nguyên gió lớn. Cần lưu ý rằng 80% tiềm năng tài nguyên gió ngoài khơi của Châu Âu nằm ở vùng nước sâu hơn 60 mét với tổng tiềm năng ước tính là 4.000GW công suất gió nổi.

Con số của Mỹ và Nhật Bản lần lượt là 60% và 80%, với tiềm năng lần lượt là 2.450GW và 500GW từ công suất gió nổi. Nhờ tốc độ gió mạnh hơn và thường xuyên hơn ở ngoài khơi, các turbine gió nổi có thể có hệ số công suất cao hơn các turbine gió nằm gần bờ, do đó tạo ra nhiều năng lượng hơn trong suốt cả năm. Hơn nữa, turbine gió nổi tạo ra ít ô nhiễm thị giác hơn, dẫn đến hiệu ứng NIMBY (phản ứng của người dân) ít hơn so với turbine gió đáy cố định gần bờ, vì hầu hết các turbine gió nổi sẽ được đặt xa bờ biển.

Ý tưởng đầu tiên về turbine gió nổi ngoài khơi quy mô lớn được giới thiệu bởi William E. Heronemus, giáo sư danh dự của Đại học Massachusetts, vào năm 1972. 35 năm sau, vào năm 2007, nguyên mẫu turbine gió nổi đầu tiên trên thế giới với công suất 80KW đã được Blue H Technologies triển khai cách bờ biển Apulia ở Ý 21 km. Nó được lắp đặt ở độ sâu 113m nước và ngừng hoạt động sau một năm. Một năm sau, vào năm 2009, Hywind, turbine gió nổi quy mô thương mại đầu tiên trên thế giới với công suất 2,3MW đã được ra mắt ở Biển Bắc gần bờ biển Na Uy. Nó thuộc sở hữu của Statoil (bây giờ gọi là Equinor) và chi phí xây dựng và lắp đặt khoảng 57 triệu euro.

Năm 2019, Hywind được bán cho Unitech Offshore và đổi tên thành UNITECH Zefyros. Turbine vẫn đang hoạt động và dự kiến ​​sẽ tiếp tục phát điện ít nhất cho đến năm 2029. Dự án Hywind thứ hai với công suất 30MW đã được lắp đặt ngoài khơi Scotland vào năm 2017, và hai năm sau, dự án Windfloat Atlantic với công suất 25,5MW đã đi vào hoạt động ở vùng nước sâu ngoài khơi Bồ Đào Nha.

Sau đó, công viên gió Kincardine được lắp đặt vào năm 2020, gần bờ biển Scotland, với công suất 48MW. Trong dự án này, công suất mỗi turbine là 9,5MW. Điều này cho thấy turbine gió nổi có thể lớn bằng turbine gió đáy cố định.

Dự án Hywind Tampen ở Na Uy, dự án điện gió nổi quy mô lớn mới nhất đi vào hoạt động vào tháng 8 năm 2023 với tổng công suất 94,6MW. Điện do dự án này tạo ra được sử dụng để cung cấp năng lượng cho giàn khoan dầu khí. Hình 2 cho thấy các dự án gió nổi chính hiện đang hoạt động.

Hình 2