Cung cấp năng lượng cho Trái đất – Chương 8: Năng lượng từ không khí, nước và đất (Phần 5)

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 5)

Năng lượng biển 

Phong cảnh tuyệt đẹp của tuyết trắng phủ trên dãy An-pơ vào mùa đông cũng tạo thành một dạng năng lượng tiềm ẩn, khi vào những tháng ấm hơn có thể được giải phóng và sử dụng, một phần cung cấp cho các nhà máy thủy điện. Tuyết tan theo mùa là một quá trình chậm vừa đủ và từ từ, đến mức có thể được sử dụng để sản xuất điện và khai thác cho các mục đích hữu ích. Tuy nhiên, khi tuyết sạt lở xuống thung lũng như trong một trận tuyết lở thì không có khả năng sản xuất điện mà tất cả năng lượng tiêu tan chỉ trong tích tắc.

Nhiều sự kiện tự nhiên xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn giải phóng mức năng lượng lớn. Ví dụ, sét, có thể tạo ra năng lượng điện từ vào khoảng một nghìn tỉ Watts (1 TW). Các vệ tinh nhân tạo ghi nhận trên toàn thế giới trung bình có 1.4 triệu cú sét hàng năm, khoảng 45 cú sét mỗi giây đồng hồ. Một số người gợi ý rằng chúng ta nên khai thác hiện tượng tự nhiên này hoặc những hiện tượng khác thậm chí còn nhiều năng lượng hơn, như phun trào núi lửa, động đất, bão nhiệt đới, hoặc vừa phải hơn, sấm chớp trong các trận mưa bão và các cơn giông, cho các mục đích năng lượng.

Tuy nhiên, trên thực tế, chỉ có một nguồn năng lượng tái tạo độc đáo có thể được sử dụng một cách hiệu quả, liên quan đến động năng của sóng biển, một hiện tượng thường không được để ý nhưng liên tục. Các chuyển động của nước liên quan đến hoạt động của các lực hấp dẫn (thủy triều), sự tạo ra xáo trộn trên mặt biển bởi gió (sóng), và với sự chênh lệch nhiệt độ hoặc tỷ trọng giữa các lớp bề mặt và các lớp khác sâu hơn của đại dương (các dòng chảy đại dương).

Tổng năng lượng của các dòng chảy đại dương được ước tính khoảng 100 GW. Với mức độ mênh mông sẵn có của đại dương trên hành tinh của chúng ta, điều này thể hiện với một mức năng lượng vừa phải 0.3 mW/m2. Dạng năng lượng này có thể trở lên đáng kể ở những eo biển hẹp vì tốc độ của dòng chảy tăng lên khi độ rộng của dòng chảy giảm xuống. Các thủy thủ từ thời cổ đại đã nhận thức rõ về điều này khi băng qua eo biển Mesina ở giữa Scilla và Carddi thuộc Sicily.

Tuy nhiên, về mặt định lượng, khai thác thủy triều hứa hẹn hơn nhiều, vì hiện tượng này làm dịch chuyển một lượng nước khổng lồ trong một thời gian tương đối ngắn. Ước tính tiềm năng khai thác năng lượng hấp dẫn của các đợt thủy triều ít nhất là 360 GW trên quy mô toàn cầu. Tất nhiên, khai thác những hiện tượng này nên được tập trung ở những vùng có tiềm năng lớn hơn nhiều so với ở Địa Trung Hải: ví dụ, ở một vài vùng bờ biển của Canada và Alaska, ở phía nam Argentina, và ở Pháp. Ở những vùng này, mức độ chênh lệch mực nước thủy triều là từ 5 đến 15 m và khối lượng nước chuyển động là khổng lồ. Khai thác hiện tượng này được so sánh ngang với các con sông chính với những thác nước nhỏ.

Chỉ có một trạm năng lượng trên thế giới cung cấp năng lượng đáng kể (240 MW) từ các sóng thủy triều được xây dựng ở Saint-Malo thuộc miền bắc nước Pháp. Sản xuất điện được thực hiện bằng cách sử dụng cả hai hướng dòng chảy (thủy triều lên và xuống). Một vấn đề quan trọng cho các hệ thống với quy mô này là vị trí xây dựng – đập chặn trên đường bờ biển dài và làm cho việc chuyển hướng rất khó khăn. Vì lý do này, các thử nghiệm đã được thực hiện thành công với một vài hệ thống máy móc đặt chìm quy mô nhỏ hơn, khai thác được các dòng chảy dưới mặt nước được tạo ra bởi thủy triều. Những hệ thống máy móc này về căn bản cũng tương tự các cánh quạt của các nhà máy điện gió, nhưng nhỏ hơn nhiều về kích thước. Một trong những thách thức chủ yếu cho những công nghệ này là khả năng chống chịu của vật liệu với ảnh hưởng ăn mòn của nước biển. Mặt khác, một khía cạnh thú vị của khai thác thủy triều là tính vô cùng chính xác, thực sự không giống với một nguồn năng lượng tái tạo nào khác, nhờ đó chúng ta có thể biết thời gian và lượng năng lượng có thể được tạo ra để hòa vào mạng lưới điện.

Sóng biển là năng lượng gió “đậm đặc”, nhờ tỷ trọng nặng hơn của nước so với không khí. Năng lượng ước tính của sóng biển là khổng lồ, xấp xỉ 90 TW (nhớ rằng nhu cầu năng lượng của thế giới ngày nay là khoảng 16 TW). Bằng sáng chế ứng dụng đầu tiên để khai thác năng lượng sóng biển được trao ở Pháp vào năm 1799. Sự quan tâm đến công nghệ này chưa bao giờ ngủ quên nay lại nổi lên thường xuyên khi khủng hoảng năng lượng trở thành hiện thực, xảy ra vào những năm 1970 và vẫn đang xảy ra hiện tại khi chúng ta đang nói ở đây.

Bởi vì gió “đậm đặc” này thổi khắp cả toàn cầu, trong những vùng có tiềm năng cao hơn gồm có các bờ biển phía tây của các lục địa trong Bắc bán cầu ở vĩ độ trung bình: ví dụ, Bồ Đào Nha, Scotland và California. Có hàng tá các dự án chạy thử hiện đang được thử nghiệm ở những vùng này để cố gắng khai thác các dạng máy móc khác nhau để tạo ra điện từ năng lượng biển. Một vài trong số đó đã gần đạt đến mức thương mại hóa.

Thách thức kỹ thuật chủ yếu là khả năng chịu ăn mòn của những máy móc này, vậy nên chúng phải được thiết kế để chịu các điều kiện bất lợi khắc nghiệt nhiều lần hơn bình thường, vì chỉ cần một sự kiện khắc nghiệt nào đó của môi trường xung quanh cũng có thể phá hủy toàn bộ cơ sở vật chất của hệ thống. Trong những người phản đối các dự án này gồm có những ngư dân và những người lướt sóng; tuy nhiên cũng không quá khó khăn để tìm được chỗ trên biển cho tất cả các bên. Nếu công nghệ này tìm kiếm được đủ số nhà đầu tư, năng lượng biển có thể có sự hấp dẫn riêng cho sự phát triển. Một báo cáo gần đây ước tính Anh có thể đạt mức 20 000 MW điện sản xuất từ sóng biển vào khoảng giữa thế kỷ 21.

Một dạng khác của năng lượng biển đã được thực hiện thử nghiệm một thời gian để khai thác sự thay đổi của nhiệt độ ở những độ sâu khác nhau nhằm tạo ra điện. Một nguồn tài chính lớn đã được đầu tư cho dự án này vào những năm 1970 nhưng chỉ thành công ở mức khiêm tốn.

Công nghệ này còn được biết đến như OTEC (ocean thermal energy conversion – chuyển hóa nhiệt lượng đại dương), yêu cầu chênh lệch nhiệt ít nhất 20oC giữa mặt biển và ở độ sâu không quá 1000 m. Điều này khiến cho những vùng đại dương ở xích đạo đặc biệt hấp dẫn, đặc biệt những vùng ở Tây Thái Bình Dương, mặc dù hiện tại mới chỉ có các hệ thống ở dạng mô phỏng. Hứa hẹn hơn là sử dụng nhiệt của các hồ nước biển sâu gần các thành phố lớn. Ví dụ, hệ thống điều hòa trung tâm phục vụ cho các tòa nhà chọc trời ở khu phố tài chính của Toronto, Canada, lợi dụng nước lạnh của hồ Ontario. Lượng điện tiết kiệm được hơn 7 MW.

Các công nghệ thủy lực tái tạo mà chúng ta đã nói đến, trong nhiều trường hợp, vẫn ở giai đoạn thử nghiệm ban đầu. Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng, năng lượng gió, ngày nay đang phát triển chưa từng có, cũng đã từng ở tình trạng tương tự hai mươi năm trước.

Trong một thế giới đang tìm kiếm các nguồn năng lượng sạch và sự cần thiết phải từ bỏ dần các nhiên liệu hóa thạch, sẽ là hợp lý để mong đợi những công nghệ năng lượng này, ngày nay tuy nhỏ bé, sẽ là một phần của tập hợp năng lượng tái tạo mới dần thay thế trong thế kỷ 21. Thành công sau cùng của những công nghệ này, tất nhiên, phụ thuộc rất lớn vào sự sẵn sàng của các quỹ nghiên cứu khoa học và công nghệ. Cho tới nay đầu tư vào các công nghệ tái tạo vẫn có phần hạn chế khi so sánh với các quỹ được chi tiêu cho các công nghệ năng lượng khác.

Hết Chương 8.

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.

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