Năng lượng thủy triều

Khai thác thủy triều để sản xuất điện năng

Công ty SMD Hydrovision tại Anh vừa sáng chế một hệ thống điện thuỷ triều đơn giản, tương đối dễ lắp đặt và có ít tác động tới môi trường. Thiết bị có thể sớm được bổ sung vào danh sách các nguồn năng lượng tái sinh và mang ánh sáng tới các vùng ven biển xa xôi.


Turbine thuỷ triều được neo bằng xích.

Hệ thống mang tên TidEl, sử dụng các tuốc-bin thuỷ triều nổi, được neo vào đáy biển bằng xích. Mỗi TidEl có hai tuốc-bin kép, tạo ra một chiếc cối xay dưới nước. Những chiếc ''cối xay'' này dập dềnh cùng với thuỷ triều. Do vậy, chúng chỉ theo hướng tốt nhất để lấy năng lượng từ các lưỡi quay tròn. Ian Griffiths, giám đốc kinh doanh, cho biết: Hệ thống sản xuất điện năng này thô kệch song đơn giản. SMD Hydrovision đã thử nghiệm mô hình TidEl có kích cỡ bằng 1/10 so với thực tế bằng cách nhúng nó vào một bồn nước khổng lồ tại Trung tâm Năng lượng tái sinh và Năng lượng mới ở Northumberland.



Tuốc-bin thuỷ triều.

Kết quả cho thấy các tuốc-bin kích thước lớn có thể tạo ra khoảng 1 megawatt điện năng. Các nhà sáng chế hy vọng triển khai một hệ thống quy mô lớn, có các lưỡi quay dài 15m tại Trung tâm Năng lượng biển châu Âu ở Orkney vào năm tới. Khai thác năng lượng từ thuỷ triều có một số lợi thế so với các dạng năng lượng tái sinh khác. Theo Tim Green, kỹ sư điện tại Đại học Hoàng gia London, có thể dự đoán dạng năng lượng này dễ dàng hơn so với gió và không cần nhiều diện tích.

Cho tới nay, tốc độ phát triển điện thuỷ triều vẫn rất chậm chạp. Phần lớn các nhà máy điện thuỷ triều phụ thuộc vào những con đập khổng lồ chắn ngang các cửa sông, như nhà máy điện thuỷ triều La Rance gần St Malo, Pháp. Lo ngại về mỹ quan và tác động của những đập chắn này đối với môi trường đã ngăn cản kế hoạch lắp đặt một hệ thống tương tự ở cửa sông Severn, gần Bristol (Anh). Theo Griffiths, hệ thống TidEl ít có tác động tới môi trường và không làm mất mỹ quan. Điều đó sẽ khiến các nhà chức trách dễ dàng chấp nhận nó.




Đập thuỷ triều La Rance.

Các nhóm nghiên cứu khác đang thử nghiệm ý tưởng gắn các tuốc-bin dưới nước này trên những chiếc cột được chôn dưới nước. Tuy nhiên, vấn đề họ gặp phải là các cột đó phải được thiết kế để chịu được tải trọng lớn trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt và chi phí sẽ tăng lên do các cột phải nằm ở độ sâu lớn hơn. Sử dụng xích thay vì cột có thể giúp giảm chi phí này. Thật khó để dự đoán giá thành của điện thuỷ triều, song nhóm nghiên cứu cho biết có thể so sánh nó với năng lượng gió. Việt Nam có hơn 3.000km bờ biển nên cũng có nhiều tiềm năng sản xuất điện thuỷ triều.

Phương pháp sản xuất điện thuỷ triều


Đập chắn thuỷ triều.

Sản xuất điện từ thuỷ triều rất giống sản xuất thuỷ điện, ngoại trừ nước có thể chảy theo hai hướng và phải tính tới sự phát triển của các máy phát. Hệ thống sản xuất đơn giản nhất (gọi là hệ thống thuỷ triều xuống) liên quan tới một chiếc đập chắn ngang cửa sông. Khi thuỷ triều lên, các cửa cống trên đập được kéo lên, cho phép vùng lưu vực bên trong đập đầy nước. Khi thuỷ triều bắt đầu xuống, các cửa cống được đóng lại, buộc nước bên trong đập thoát ra ngoài biển qua hệ thống tuốc-bin gắn ở bên dưới cửa đập. Các hệ thống điện thuỷ triều tạo điện năng từ thủy triều lên hoặc thuỷ triều lên và xuống cũng được thiết kế song không phổ biến bằng hệ thống thuỷ triều xuống.

Một phương pháp khai thác năng lượng thuỷ triều để sản xuất điện là hàng rào thuỷ triều. Thực chất đó là những bức tường bê tông rỗng có gắn các tuốc-bin khổng lồ, chắn ngang một eo biển, buộc dòng nước phải đi qua chúng. Không giống như các nhà máy điện thuỷ triều nêu trên, hàng rào thuỷ triều có thể được sử dụng trong các lưu vực không giới hạn, như eo biển giữa đất liền và một hòn đảo gần kề hoặc giữa hai hòn đảo.


Hàng rào thuỷ triều.

Được thiết kế ngay sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào những năm 1970, song mãi cho tới cách đây năm năm, tuốc-bin thuỷ triều mới trở thành hiện thực. Giống như tuốc-bin gió, tuốc-bin thuỷ triều có nhiều lợi thế hơn so với hệ thống đập chắn và hàng rào thuỷ triều, đặc biệt là giảm tác động về môi trường. Tuốc-bin thuỷ triều sử dụng các dòng thuỷ triều đang di chuyển với tốc độ 2-3m/giây (4-6 hải lý) để tạo ra 4-13kW điện/m2. Các dòng thuỷ triều di chuyển nhanh (>3m/giây) có thể gây ứng suất quá mức đối với các cánh quay giống như gió mạnh có thể làm hỏng các máy tuốc-bin gió. Trong khi đó, các dòng thuỷ triều có tốc độ thấp lại không kinh tế. Cột được đóng xuống đáy biển và được gắn các tuốc-bin thuỷ triều. Tuốc-bin thuỷ triều luôn thấp hơn so với mực nước biển.

Tác động của điện thuỷ triều



Tuốc-bin thuỷ triều (trái).

Sản xuất điện thuỷ triều có nhiều lợi thế, chẳng hạn giúp cải thiện giao thông (các đập chắn có thể làm cầu nối qua cửa sông) và không tạo ra khí thải nhà kính. Tuy nhiên, một số tác động về môi trường đã làm cho điện thuỷ triều trở nên ít hấp dẫn. Tác động thứ nhất là nó làm thay đổi thuỷ triều. Việc xây dựng một đập chắn thuỷ triều tại cửa sông sẽ làm thay đổi mức thuỷ triều ở lưu vực cửa sông. Sự thay đổi này khó có thể dự đoán, làm cho mức thuỷ triều tăng hoặc giảm. Thuỷ triều thay đổi tác động rõ nét tới quá trình lắng đọng trầm tích và độ đục của nước tại lưu vực cửa sông.

Ngoài ra, hoạt động hoa tiêu và giải trí có thể bị ảnh hưởng bởi độ sâu của biển thay đổi. Độ sâu của biển thay đổi là do sự gia tăng trầm tích ở lưu vực cửa sông. Mức thuỷ triều tăng có thể gây ngập lụt các bờ biển, tác động xấu tới chuỗi thức ăn biển. Về tiềm năng, bất lợi lớn nhất của điện thuỷ triều là tác động của nó đối với động, thực vật sống trong vùng cửa sông. Do số lượng đập thuỷ triều chưa nhiều nêu giới khoa học chưa hiểu rõ về tác động đầy đủ của chúng tới môi trường địa phương.

Minh Sơn (tổng hợp)




Các tua-bin chuẩn bị được lắp đặt dưới lòng sông.

Công ty Năng lượng Verdant Power (Mỹ ) dự định lắp sáu tua-bin điện trên sông East ở New York trong tháng 9 tới. Nếu dự án trị giá 4,5 triệu USD này thành công, New York sẽ có cánh đồng tua-bin thuỷ triều đầu tiên trên thế giới để sản xuất điện xanh - năng lượng tái sinh.


Kế hoạch của Verdant Power là gắn các cỗ máy giống như những tua-bin gió tí hon vào cột bê tông. Những cột này được đóng xuống đáy sông, cách mặt nước 9m. Khi triều lên và rút đi, các cánh tua-bin sẽ quay để sản xuất điện. Đây là một dự án khiêm tốn bởi sáu tua-bin trên sẽ chỉ tạo ra tối đa 200 kilowatt điện, đủ để cung cấp cho chừng 200 ngôi nhà. Ban đầu, điện sẽ được sử dụng để thắp sáng một số bóng đèn và chạy máy tại một siêu thị địa phương cũng như bãi đỗ xe.

Tuy nhiên, nếu mọi việc diễn ra theo kế hoạch, chủ tịch công ty Trey Taylor hy vọng sẽ lắp đặt thêm 200-300 tua-bin dọc con sông. Trụ sở của Liên Hiệp Quốc ở Manhattan là một trong nhiều tổ chức muốn sử dụng nguồn năng lượng xanh do dự án này tạo ra. Công ty của Taylor chọn New York là địa điểm thử nghiệm bởi thành phố này tiêu thụ rất nhiều điện và do bang New York có chính sách khuyến khích chuyển sang sử dụng nguồn năng lượng tái sinh. Ông hy vọng một ngày nào đó, tua-bin thuỷ triều sẽ được sử dụng trên toàn nước Mỹ và tại các nước đang phát triển, bởi ''tiềm năng của chúng là rất lớn''.

Có rất ít nỗ lực chinh phục điện thuỷ triều, đặc biệt là khi so sánh với năng lượng gió, mặt trời hoặc địa nhiệt. Tuy nhiên, các động thái cắt giảm khí thải nhà kính từ nhà máy điện đang làm mọi người quan tâm tới công nghệ này trên khắp thế giới. Dự án điện thuỷ triều lớn nhất là một đập chắn khổng lồ vắt qua sông ở La Rance, Pháp với công suất 240 megawatt. Những đập nước như vậy hoạt động giống đập thuỷ điện, giữ nước để chạy máy phát. Tuy nhiên, chi phí xây dựng rất cao và có thể huỷ diệt hệ sinh thái của sông.

Dự án điện ở New York báo hiệu một xu hướng sử dụng các tua-bin rẻ tiền hơn, được thả vào các đại dương hoặc cửa sông. Các tua-bin thuỷ triều thử nghiệm đầu tiên đã được lắp đặt trong năm ngoái: một tua-bin 300 kilowatt nằm ở ngoài khơi bờ biển Devon của Anh và một tua-bin khác có công suất tương tự ở Hammerfest (Na Uy). Hai công ty của châu Âu dự định mở rộng chúng thành các cánh đồng tua-bin dưới nước.

Taylor tin rằng ông có một lợi thế so với các đối thủ cạnh tranh khác bởi thiết kế tua-bin của Verdant Power giúp lưỡi liên tục quay ngay cả khi tốc độ nước chậm hơn. Nhóm của ông đã thử nghiệm một loại tua-bin nguyên mẫu, nhỏ hơn vào năm 2003. Tuy nhiên, Peter Fraenkel, giám đốc kỹ thuật của Công ty Marine Current Turbines mà chế tạo tua-bin ở Devon, cho rằng Verdant sẽ gặp khó khăn khi lắp đặt và không thể sản xuất điện với giá cạnh tranh do kích thước tua-bin quá nhỏ. Công ty của Fraenkel đang chế tạo các tua-bin 1 megawatt để giảm chi phí và hy vọng có một cánh đồng như vậy dưới nước vào năm 2007.

Các công ty sản xuất điện khác sẽ theo dõi dự án ở New York để đánh giá liệu điện thuỷ triều có là một lĩnh vực đáng đầu tư hay không.

Minh Sơn (Theo Nature)