Các nhà nghiên cứu tại Đại học Florida Atlantic đã xác định được một số khu vực lý tưởng có thể tạo ra lượng năng lượng xanh rất lớn bằng cách sử dụng dòng hải lưu. Một nghiên cứu phác thảo đường nét của một phân khúc công nghệ vẫn còn trong giai đoạn trứng nước, nhưng rất hứa hẹn trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.
Các đại dương, bao phủ hơn 70% tổng diện tích bề mặt Trái Đất, đại diện cho một giếng năng lượng cực kỳ khổng lồ. Từ các tua-bin gió ngoài khơi công suất nhiều megawatt đến các nhà máy điện thủy triều, nhân loại đã có những bước tiến lớn trong việc khai thác năng lượng này để sản xuất năng lượng tái tạo.
Tua-bin đôi khổng lồ này có thể chịu được bão cấp 5
Nhưng có một hiện tượng khác, có lẽ còn hứa hẹn hơn trong bối cảnh này, mà chúng ta hầu như chưa đề cập đến: các dòng hải lưu như Dòng hải lưu Gulf, những chuyển động của nước trên quy mô rất lớn liên tục băng qua hành tinh. Hiện tại, chúng ta hầu như không sử dụng chúng - và đó là điều đáng tiếc, vì chúng là nguồn năng lượng rất hứa hẹn theo nhiều cách.
Nhưng điểm quan trọng nhất là khối lượng năng lượng mà về mặt lý thuyết có thể được khai thác từ nó. Những khối nước chuyển động khổng lồ này ẩn chứa một lượng động năng rất đáng kể, đặc biệt khi chúng ta nghĩ theo hướng hiệu suất trên một đơn vị diện tích bề mặt. Và đây chính xác là điều mà các nhà nghiên cứu người Mỹ đã cố gắng chứng minh.
Trong nghiên cứu của mình, họ đã sàng lọc gần ba thập kỷ dữ liệu được thu thập bởi các phao theo dõi vệ tinh để xác định về mặt thống kê các địa điểm hứa hẹn nhất. Và quan sát đầu tiên là những khu vực như thế này không hề hiếm.
Tổng cộng, các tác giả đã xác định được khoảng 490.000 km² đại dương nơi dòng hải lưu có thể tạo ra 500 đến 1.000 watt trên một mét vuông. Để tham khảo, điều này tương ứng với những gì ngành công nghiệp gió coi là khu vực có năng suất cao, hoàn hảo để xây dựng một trang trại điện gió ngoài khơi lớn. Ở một số khu vực, chẳng hạn như bờ biển phía đông Florida và Châu Phi, hiệu suất lý thuyết này thậm chí còn vượt quá 2000 W/m² — một con số khiến nó trở thành nguồn năng lượng tái tạo hiệu quả nhất xét về sản lượng trên một đơn vị diện tích!
Tuy nhiên, các tác giả chỉ ra rằng không phải tất cả các khu vực này đều lý tưởng trong thực tế, vì một số dòng hải lưu có thể quá sâu hoặc quá hỗn loạn để có thể khai thác một cách thỏa đáng. Nhưng những dữ liệu này vẫn khẳng định rằng dòng hải lưu đại diện cho một nguồn năng lượng đáng kể mà sẽ thật đáng tiếc nếu chúng ta từ bỏ trong bối cảnh hiện tại.
Thật vậy, nghiên cứu này không giải quyết được bất kỳ hạn chế kỹ thuật nào, vốn vẫn còn rất nhiều và đáng kể: việc khai thác năng lượng từ các dòng hải lưu sẽ không phải là trò chơi trẻ con.
Vấn đề chính là công suất đầu ra của tua-bin tỷ lệ thuận với tốc độ lập phương. Tuy nhiên, lực của dòng hải lưu yếu hơn nhiều so với lực của gió. Ví dụ, nước chảy qua dòng hải lưu Gulf Stream di chuyển với tốc độ trung bình khoảng 2 m/giây, so với tốc độ khoảng mười mét/giây của gió thường được khai thác bằng tua-bin gió. Để thu năng lượng từ các dòng hải lưu một cách tiết kiệm, cần phải có một số tua-bin khổng lồ.
Và đó là một vấn đề lớn, vì những tua-bin ngầm khổng lồ như vậy là một thách thức kỹ thuật đáng kể—cả về thiết kế và lắp đặt, chưa kể đến việc bảo trì. Do nước muối gây ra sự ăn mòn đáng kể và tảo cùng động vật thân mềm có thể cản trở hoạt động của những cỗ máy này, nên yêu cầu bảo trì sẽ cao hơn nhiều so với tuabin gió. Các tàu ngầm chuyên dụng cũng cần được chế tạo để thực hiện các hoạt động này.
Hơn nữa, việc một số vùng đại dương có liên quan đến một quốc gia cụ thể là một vấn đề nhạy cảm, như thường thấy trong lĩnh vực đánh bắt cá công nghiệp. Cuối cùng, tác động của một cơ sở như vậy đối với các hệ sinh thái liên quan cũng cần được nghiên cứu nghiêm ngặt để tránh thảm họa môi trường nghiêm trọng.
Phần lớn là do những hạn chế này mà năng lượng thủy triều hiện đang được ngành công nghiệp ưa chuộng - nhưng điều này có thể không phải là điều tất yếu. Công nghệ này đáng để chú ý, vì nếu một ngày nào đó các nhà nghiên cứu và kỹ sư có thể vượt qua những trở ngại này, các dòng hải lưu có thể khẳng định mình là nguồn năng lượng tái tạo hàng đầu.
Văn bản nghiên cứu có sẵn tại đây.
Các đại dương, bao phủ hơn 70% tổng diện tích bề mặt Trái Đất, đại diện cho một giếng năng lượng cực kỳ khổng lồ. Từ các tua-bin gió ngoài khơi công suất nhiều megawatt đến các nhà máy điện thủy triều, nhân loại đã có những bước tiến lớn trong việc khai thác năng lượng này để sản xuất năng lượng tái tạo.
Tua-bin đôi khổng lồ này có thể chịu được bão cấp 5
Nhưng có một hiện tượng khác, có lẽ còn hứa hẹn hơn trong bối cảnh này, mà chúng ta hầu như chưa đề cập đến: các dòng hải lưu như Dòng hải lưu Gulf, những chuyển động của nước trên quy mô rất lớn liên tục băng qua hành tinh. Hiện tại, chúng ta hầu như không sử dụng chúng - và đó là điều đáng tiếc, vì chúng là nguồn năng lượng rất hứa hẹn theo nhiều cách.
Dòng năng lượng tái tạo ổn định và mạnh mẽ
Điểm thú vị đầu tiên là tính ổn định của nó. Hầu hết các nguồn năng lượng tái tạo thường gặp phải vấn đề không liên tục: năng lượng gió vẫn phụ thuộc vào tốc độ gió tại một thời điểm nhất định, trong khi một nửa hành tinh liên tục bị thiếu năng lượng mặt trời. Nhưng ngược lại, các dòng hải lưu lại cực kỳ đều đặn và không bao giờ ngừng lại mặc dù có một số thay đổi theo mùa. Một lợi thế không hề nhỏ.Nhưng điểm quan trọng nhất là khối lượng năng lượng mà về mặt lý thuyết có thể được khai thác từ nó. Những khối nước chuyển động khổng lồ này ẩn chứa một lượng động năng rất đáng kể, đặc biệt khi chúng ta nghĩ theo hướng hiệu suất trên một đơn vị diện tích bề mặt. Và đây chính xác là điều mà các nhà nghiên cứu người Mỹ đã cố gắng chứng minh.
Trong nghiên cứu của mình, họ đã sàng lọc gần ba thập kỷ dữ liệu được thu thập bởi các phao theo dõi vệ tinh để xác định về mặt thống kê các địa điểm hứa hẹn nhất. Và quan sát đầu tiên là những khu vực như thế này không hề hiếm.
Tổng cộng, các tác giả đã xác định được khoảng 490.000 km² đại dương nơi dòng hải lưu có thể tạo ra 500 đến 1.000 watt trên một mét vuông. Để tham khảo, điều này tương ứng với những gì ngành công nghiệp gió coi là khu vực có năng suất cao, hoàn hảo để xây dựng một trang trại điện gió ngoài khơi lớn. Ở một số khu vực, chẳng hạn như bờ biển phía đông Florida và Châu Phi, hiệu suất lý thuyết này thậm chí còn vượt quá 2000 W/m² — một con số khiến nó trở thành nguồn năng lượng tái tạo hiệu quả nhất xét về sản lượng trên một đơn vị diện tích!
Tuy nhiên, các tác giả chỉ ra rằng không phải tất cả các khu vực này đều lý tưởng trong thực tế, vì một số dòng hải lưu có thể quá sâu hoặc quá hỗn loạn để có thể khai thác một cách thỏa đáng. Nhưng những dữ liệu này vẫn khẳng định rằng dòng hải lưu đại diện cho một nguồn năng lượng đáng kể mà sẽ thật đáng tiếc nếu chúng ta từ bỏ trong bối cảnh hiện tại.
Những hạn chế rất lớn
Nghiên cứu này đại diện cho một điểm khởi đầu tốt ở cấp độ này. Bây giờ chúng ta đã biết những khu vực có tiềm năng năng lượng cao nằm ở đâu, chúng ta có thể nghiên cứu chúng theo từng trường hợp cụ thể để bắt đầu chế tạo thiết bị cần thiết cho việc thu thập... nhưng điều đó không có nghĩa là chúng ta sẽ mở khóa được một nguồn năng lượng tái tạo mới mang tính cách mạng chỉ sau một đêm.Thật vậy, nghiên cứu này không giải quyết được bất kỳ hạn chế kỹ thuật nào, vốn vẫn còn rất nhiều và đáng kể: việc khai thác năng lượng từ các dòng hải lưu sẽ không phải là trò chơi trẻ con.
Vấn đề chính là công suất đầu ra của tua-bin tỷ lệ thuận với tốc độ lập phương. Tuy nhiên, lực của dòng hải lưu yếu hơn nhiều so với lực của gió. Ví dụ, nước chảy qua dòng hải lưu Gulf Stream di chuyển với tốc độ trung bình khoảng 2 m/giây, so với tốc độ khoảng mười mét/giây của gió thường được khai thác bằng tua-bin gió. Để thu năng lượng từ các dòng hải lưu một cách tiết kiệm, cần phải có một số tua-bin khổng lồ.
Và đó là một vấn đề lớn, vì những tua-bin ngầm khổng lồ như vậy là một thách thức kỹ thuật đáng kể—cả về thiết kế và lắp đặt, chưa kể đến việc bảo trì. Do nước muối gây ra sự ăn mòn đáng kể và tảo cùng động vật thân mềm có thể cản trở hoạt động của những cỗ máy này, nên yêu cầu bảo trì sẽ cao hơn nhiều so với tuabin gió. Các tàu ngầm chuyên dụng cũng cần được chế tạo để thực hiện các hoạt động này.
Tiềm năng thực sự bất chấp khó khăn
Và đây chỉ là phần nổi của tảng băng chìm. Ngoài ra còn có một số vấn đề về hậu cần, địa chính trị và sinh thái. Vị trí của các dòng hải lưu này có thể được đề cập đến: chúng thường chảy cách bờ biển vài chục km và sâu vài trăm mét dưới bề mặt, điều này làm tăng thêm sự phức tạp của phương trình.Hơn nữa, việc một số vùng đại dương có liên quan đến một quốc gia cụ thể là một vấn đề nhạy cảm, như thường thấy trong lĩnh vực đánh bắt cá công nghiệp. Cuối cùng, tác động của một cơ sở như vậy đối với các hệ sinh thái liên quan cũng cần được nghiên cứu nghiêm ngặt để tránh thảm họa môi trường nghiêm trọng.
Phần lớn là do những hạn chế này mà năng lượng thủy triều hiện đang được ngành công nghiệp ưa chuộng - nhưng điều này có thể không phải là điều tất yếu. Công nghệ này đáng để chú ý, vì nếu một ngày nào đó các nhà nghiên cứu và kỹ sư có thể vượt qua những trở ngại này, các dòng hải lưu có thể khẳng định mình là nguồn năng lượng tái tạo hàng đầu.
Văn bản nghiên cứu có sẵn tại đây.
