Nhật Bản thử nghiệm thành công tuabin phát điện từ dòng hải lưu

IHI Corp, nhà sản xuất máy móc hạng nặng của Nhật Bản đã phát triển một tuabin dùng khai thác năng lượng trong các dòng hải lưu sâu và biến nó thành nguồn điện ổn định, đáng tin cậy. Được gọi là Kairyu, nguyên mẫu 330 tấn được thiết kế để neo xuống đáy biển ở độ sâu 30-50 mét. Cỗ máy khổng lồ giống chiếc máy bay, với hai quạt tuabin quay ngược chiều và một thân trung tâm chứa hệ thống điều chỉnh lực nổi.

Nhật Bản có kế hoạch đặt các tuabin trong Kuroshio (một trong những dòng chảy mạnh nhất thế giới) chạy dọc theo bờ biển phía đông của Nhật Bản và truyền tải điện năng qua các dây cáp dưới đáy biển. Ken Takagi, giáo sư tại Đại học Tokyo cho biết: “Các dòng hải lưu có lợi thế về khả năng tiếp cận của chúng ở Nhật Bản. Năng lượng gió phù hợp hơn về mặt địa lý với Châu Âu, nơi chịu nhiều gió Tây và nằm ở vĩ độ cao hơn".

Tổ chức Phát triển Công nghệ Công nghiệp và Năng lượng Mới của Nhật Bản (NEDO) ước tính dòng chảy Kuroshio có thể tạo ra 200 gigawatt, chiếm tới 60% công suất tiêu thụ điện của Nhật Bản. Giống như các quốc gia khác, tỷ trọng đầu tư của Nhật vào năng lượng tái tạo (gió và năng lượng mặt trời) đã tăng rất mạnh, đặc biệt là sau thảm họa hạt nhân Fukushima đã hạn chế sự mong muốn của quốc gia này với năng lượng nguyên tử.

Nhật Bản là nhà sản xuất điện mặt trời lớn thứ ba trên thế giới và đang đầu tư mạnh vào điện gió. Nhưng việc khai thác các dòng hải lưu có thể cung cấp nguồn điện cơ bản đáng tin cậy cần thiết để giảm nhu cầu lưu trữ năng lượng hoặc nhiên liệu hóa thạch.

Ưu điểm của dòng hải lưu là tính ổn định, ít dao động về tốc độ và hướng, mang lại hệ số công suất từ 50-70%. Điều này là ổn định hơn rất nhiều so với khoảng 29% đối với gió và 15% đối với năng lượng mặt trời.

Vào tháng 2/2022, IHI Corp. đã hoàn thành nghiên cứu kéo dài 3 năm rưỡi về công nghệ này với NEDO. Nhóm của công ty đã thử nghiệm hệ thống tại vùng biển xung quanh quần đảo Tokara, phía tây nam Nhật Bản bằng cách treo Kairyu từ một con tàu và gửi điện trở lại tàu sau khi dìm chúng vào dòng chảy Kuroshio. Các cuộc thử nghiệm đã chứng minh tuabin này có thể tạo ra công suất ổn định 100 kilowatt. Công ty hiện có kế hoạch mở rộng quy mô hệ thống 2 megawatt đầy đủ, có thể đi vào hoạt động thương mại sau năm 2030.

Giống như các quốc gia hàng hải tiên tiến khác, Nhật Bản đang khám phá nhiều cách khác nhau để khai thác năng lượng từ biển, bao gồm năng lượng thủy triều, sóng và chuyển đổi năng lượng nhiệt đại dương (OTEC), khai thác sự khác biệt về nhiệt độ giữa bề mặt và đại dương sâu.

Mặc dù các dòng chảy thủy triều không chạy 24 giờ, nhưng chúng có xu hướng mạnh hơn các dòng hải lưu sâu. Dòng Kuroshio dịch chuyển với tốc độ 1 đến 1,5 mét/giây, so với 3 mét/giây đối với một số hệ thống thủy triều. Ocean Energy Systems, tổ chức hợp tác liên chính phủ do Cơ quan Năng lượng Quốc tế thành lập, nhận thấy tiềm năng triển khai hơn 300 gigawatt năng lượng đại dương trên toàn cầu vào năm 2050.

Tuy nhiên, tiềm năng về năng lượng đại dương phụ thuộc vào vị trí, có tính đến sức mạnh của dòng chảy, khả năng tiếp cận mạng lưới hoặc thị trường, chi phí bảo trì, vận chuyển, sinh vật biển và các yếu tố khác. Tại Nhật Bản, năng lượng sóng ở mức trung bình và không ổn định trong suốt cả năm, trong khi các khu vực có dòng chảy thủy triều mạnh thường có lưu lượng vận chuyển lớn. IHI cho biết một trong những lợi thế của dòng hải lưu sâu là nó không hạn chế việc di chuyển của tàu bè.

Tuy nhiên công ty Nhật Bản vẫn còn chặng đường dài phía trước. So với các phương tiện trên bờ, việc lắp đặt hệ thống dưới nước phức tạp hơn. Không giống như châu Âu, nơi có lịch sử khai thác dầu ở Biển Bắc lâu đời, Nhật Bản có rất ít kinh nghiệm về xây dựng ngoài khơi. Có những thách thức lớn về kỹ thuật để xây dựng một hệ thống đủ mạnh để chống lại các điều kiện khắc nghiệt của dòng hải lưu sâu và để giảm chi phí bảo trì.

Với việc chi phí năng lượng gió, năng lượng mặt trời và pin lưu trữ đang giảm, IHI Corp. cũng sẽ cần chứng minh rằng chi phí dự án tổng thể cho điện từ biển là cạnh tranh. Công ty đặt mục tiêu sản xuất điện ở mức 20 yên/kilowatt giờ khi đã triển khai quy mô lớn, con số này dù vậy vẫn cao so với 17 yên cho năng lượng mặt trời và khoảng 12-16 yên cho điện gió. IHI cũng cho biết họ đã tiến hành đánh giá môi trường trước khi khởi động dự án và sẽ sử dụng kết quả thử nghiệm để xem xét bất kỳ tác động nào đến môi trường biển và ngành đánh bắt cá.

Nếu thành công ở quy mô lớn, các dòng hải lưu sâu có thể góp phần quan trọng vào việc cung cấp nguồn năng lượng cơ sở xanh trong nỗ lực toàn cầu nhằm loại bỏ dần nhiên liệu hóa thạch. McCrone cho biết, công việc của IHI có thể giúp kỹ thuật của Nhật Bản đóng vai trò hàng đầu với sự hỗ trợ của chính phủ.

Bảo Lâm