Cung cấp năng lượng cho Trái đất – Chương 8: Năng lượng từ không khí, nước và đất (Phần 1)

Powering Planet Earth:
Energy Solutions for the Future

by Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Nick Serpone 

Chapter 8: Energy from Air, Water, and Land – Chương 8: Năng lượng từ không khí, nước và đất (Phần 1)

Quốc gia nào phát triển năng lượng tái tạo sẽ là quốc gia lãnh đạo trong thế kỷ 21.

The country that will develop renewables will be the leading nation of the twenty-first century.
–Barack Obama– 

Đó là một ngày trời khá gió vào ngày 31 tháng 3 năm 2007 ở Tây Ban Nha. Tin tức trên bản tin dự báo thời tiết này thường chẳng có mấy ý nghĩa, ngoại trừ một điều là vào ngày mùa xuân đó, sản xuất điện từ năng lượng gió vượt qua, dù chỉ là một chút, so với năng lượng được sản xuất từ hạt nhân và nhiệt điện. Một sự kiện như vậy chưa bao giờ từng thấy trước đây – đó là lần đầu tiên ở Tây Ban Nha và cả các nơi khác. Kể từ đó, điều này đã xảy ra thường xuyên hơn.

Các thay đổi của gió – Wind Changes

Sản xuất điện từ gió đã chứng kiến sự phát triển ấn tượng trong những năm gần đây. Vào năm 2011, tổng năng lượng thế giới thu được từ nguồn năng lượng này tăng từ 198 000 lên 238 000 MW (xem Hình 23).

Nhiều nhà máy được lắp đặt ở Châu Âu, cung cấp tổng năng suất khoảng 94 000 MW trong đó riêng Đức là 29 000 MW. Tuy nhiên, 26% nguồn năng lượng từ gió của thế giới là ở Trung Quốc, giờ đây được xem là dẫn đầu trong lĩnh vực này.

Các nhà máy điện gió mới được xây dựng hàng năm ở Châu Âu trong vài năm trở lại đây đã vượt qua những công nghệ khác. Trong khi đó, sản xuất điện từ than ngưng trệ, và sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân thì xuống dốc.

Châu Âu mong muốn đạt tới mức 250 000 MW từ năng lượng gió vào năm 2020, đáp ứng được 12% nhu cầu của lục địa này đối với điện và tạo ra đóng góp đáng kể cho mục tiêu tham vọng đạt 20% nhu cầu năng lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo vào cùng khoảng thời gian này.

Sản xuất điện từ năng lượng gió là một trong những đổi mới lớn nhất trong lĩnh vực năng lượng trong 30 năm gần đây – với tầm quan trọng lớn của năng lượng gió chúng ta không thể còn coi đó như một nguồn thay thế. Hơn thế, gió giờ đây nên được xem như là một nguồn truyền thống.

Trước khi dựng lên các tua-bin gió (còn gọi là các trang trại gió – wind farms), điều quan trọng cần xác định khu vực thích hợp để lắp đặt những tua-bin này. Hiện nay, nhiều bản đồ sẵn có ước tính mức năng lượng gió trên toàn thế giới. Các điểm lắp đặt có triển vọng nhất là các khu vực dọc bờ biển Châu Âu quay ra phía Biển Bắc, ở phần phía nam của Nam Mỹ, ở Tasmania (Úc), ở vùng các hồ lớn ở Bắc Mỹ, và các đồng bằng rộng lớn giữa Mỹ và Canada

Fig 23

Hình 23: Biểu đồ minh họa cho sự phát triển năng lượng từ các trang trại gió được lắp đặt ở nhiều nơi trên thế giới năm từ năm 2000 đến 2011. Dữ liệu: Hội đồng năng lượng gió toàn cầu (Global Wind Energy Council, 2012). Ảnh: Soca/Shutterstock

Quan trọng hơn cả cường độ mạnh, gió cần có sự ổn định về cường độ và hướng, với tốc độ tối ưu khoảng 7 m/s. Người ta ước tính các vùng có tốc độ gió trung bình hơn 7 m/s ở độ cao 80 m so với mặt đất có thể tạo ra 70 TW, đó là gấp năm lần so với nhu cầu năng lượng toàn cầu trung bình ngày nay (không chỉ là điện!). Điều này cho thấy tiềm năng to lớn của gió, có thể không bao giờ khai thác được hoàn toàn, nhưng chắc chắn sẽ đóng góp đáng kể vào quá trình chuyển đổi cách thức sản xuất điện.

Về cơ bản, nguồn năng lượng sơ cấp (gió) này không liên tục và phụ thuộc theo mùa. Do đó các mạng lưới truyền tải và phân phối được kết nối giữa các trang trại gió phải được trang bị để tiếp nhận một dòng điện gián đoạn, điển hình với điện thế trung bình. Không may là các mạng lưới phân phối ở các nước phát triển hiện tại không được trang bị để truy cập nguồn năng lượng như vậy. Mạng lưới hiện có phải sử dụng điện với dòng có thể dự báo trước và kiểm soát, được lựa chọn từ một vài nhà máy cung cấp các mức điện tải nền đáng kể. Sự chuyển tiếp sang sản xuất điện quy mô lớn tổng hợp từ nhiều nhà máy nhỏ, không chỉ là các trang trại gió, sẽ yêu cầu những thay đổi thích hợp và tốn kém cho mạng lưới phân phối điện.

Vì nguồn năng lượng này là không liên tục, các trang trại điện gió được xây dựng với công suất 100 MW không có nghĩa là nhà máy tạo ra được nguồn năng lượng 100 MW. Công suất hiệu quả hàng năm (effective annual capacity) khoảng 45% công suất danh nghĩa (nominal capacity) ở những vùng nhiều gió hơn, đạt mức trung bình khoảng 30% tính trên quy mô toàn cầu. Nói cách khác, để đạt được 100 MW năng lượng cần những trang trại gió có tiềm năng tạo ra công suất 250 MW. Tuy nhiên, cũng cần nói thêm rằng, không có nhà máy sản xuất điện nào có thể vận hành 100% thời gian, bởi vì luôn có những khoảng thời gian tạm dừng để bảo dưỡng, hỏng hóc và các yếu tố khác.

Vấn đề không liên tục này có thể được làm giảm nhẹ bằng cách tăng khả năng dự báo thời tiết chính xác và mở rộng thêm các vùng sản xuất. Càng nhiều các trang trại điện gió lớn nhất với phân bố rộng được kết nối với mạng lưới, càng tạo nên sự ổn định cho hệ thống, bởi vì sự phân bố gió trung bình sẽ có xu hướng đồng đều hơn, do đó sẽ giúp giảm đi ảnh hưởng của biến thiên cục bộ. Theo đó, các hoạch định đang được phát triển xây dựng mạng lưới điện gió như một vòng chảo Châu Âu – kết nối nhà máy ở ngoài khơi của biển Baltic, biển Bắc, eo biển Anh-Pháp, và khu vực từ Đại Tây Dương tới biển Tây Địa Trung Hải, qua bán đảo Iberian.

Ngoài vấn đề về sự gián đoạn, chúng ta thường nghe nói về những vấn đề khác được quy cho các trang trại gió: tiếng ồn và các ảnh hưởng có thể có của các cánh quạt khi quay tới các loài chim. Liên quan đến vấn đề này, câu hỏi về tiếng ồn là một vấn đề đã được xem xét và được giải quyết thấu đáo – các phát triển công nghệ mới nhất đã giúp cho những hệ thống này còn êm hơn cả những tiếng rít của gió.

Về các ảnh hưởng tới các loài chim, các nghiên cứu có thẩm quyền chứng minh rằng nguy cơ này là không đáng kể cho hầu như tất cả các loài, ngoại trừ khả năng có thể ảnh hưởng đối với loài dơi. Hơn nữa, ước tính mỗi năm có hàng trăm triệu con chim chết do đâm vào các xe đang chạy, các tòa nhà và các đường điện cao thế. Việc mở rộng các trang trại điện gió hiện đại sẽ không làm thay đổi đáng kể đến tình trạng này.

Một vài nhược điểm của điện gió được cân bằng bởi nhiều ưu điểm. Một trang trại điện gió 10-MW, có khả năng cung cấp đủ cho nhu cầu điện trung bình của 4000 gia đình Châu Âu, có thể được xây dựng trong chưa đầy 2 tháng. Trong cùng khoảng thời gian tương tự, một trang trại điện gió cũng có thể được chuyển tới một địa điểm khác với mức độ đơn giản hơn nhiều so với các trang thiết bị sản xuất điện từ các nguồn khác. Và để nâng cấp một trang trại điện gió, không cần phải mở rộng thêm. Chỉ cần thay mới những cánh quạt là đủ, hoặc lắp đặt lại các tua-bin ở nơi khác với các cánh quạt mạnh hơn.

Một trang trại điện gió hiện đại yêu cầu bảo dưỡng tối thiểu, và khi ngừng hoạt động các vật liệu sử dụng có thể được tái chế hầu như hoàn toàn. Trong chỉ vài tháng hoạt động, trang trại gió có thể thu hồi vốn đầu tư xây dựng, đây là điểm khác biệt của nhà máy điện gió so với tất cả các công nghệ sản xuất điện khác về thời gian thu hồi vốn. Tuy nhiên, xây dựng một trang trại gió có thể dẫn tới việc sử dụng đất đai, mặc dù nông nghiệp vẫn có thể khai thác bình thường ở những khu vực các tua-bin được lắp đặt . Ngoài ra, các tua-bin gió không cần nước để làm mát, và do đó không gây ô nhiễm nhiệt tới môi trường.

Hết phần 1 – Chương 8 (còn tiếp)

Người dịch: Đỗ Thị Diệu Linh

Biên tập: Đào Thu Hằng & Phạm Thu Hường

 

© copyright Zanichelli and Wiley-VCH

Permission granted for translating into Vietnamese and publishing solely on dotchuoinon.com for non-commercial purposes.

Một suy nghĩ 3 thoughts on “Cung cấp năng lượng cho Trái đất – Chương 8: Năng lượng từ không khí, nước và đất (Phần 1)”

  1. Em cám ơn chị Diệu Linh đã tham gia dịch cuốn sách này.

    Chúc chị, chị Hường, Hằng và team dịch một tuần mới đầy năng lượng! 🙂

    Thích

  2. Cảm ơn anh Toán,

    Nhóm dịch của tụi em cũng vừa dịch vừa học hỏi thêm, vừa giới thiệu những kiến thức cơ bản về năng lượng tái tạo đến công chúng nói chung. Anh có thể đọc và chia sẻ tất cả các phần của cuốn sách này ở đây: https://dotchuoinon.com/2014/09/17/muc-luc/

    Hi vọng cuốn sách sẽ gợi mở cho mọi người nhiều thông tin về năng lượng,
    Em Hường

    Thích

Trả lời

Điền thông tin vào ô dưới đây hoặc nhấn vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất /  Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất /  Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất /  Thay đổi )

Connecting to %s