Nguyễn Văn Đấu –Hội KH-KT & KINH TẾ BIỂN, TP.HCM Năng lượng thủy triều, năng lượng hải lưu hay điện thủy triều, điện hải lưu là một trong những dạng của thủy năng có thể chuyển đổi năng lượng thu được từ thủy triều, hải lưu thành nguồn năng lượng tái tạo và các dạng năng lượng hữu ích khác, chủ yếu là điện. Năng lượng thủy triều được đánh giá là có mức chi phí thực hiện tương đối cao và chỉ thực hiện được ở những nơi có thủy triều, có vận tốc dòng chảy lớn. Do sự hấp dẫn mạnh mẽ tới các đại dương, sự phình ra của khối nước lớn gây ra sự gia tăng tạm thời mực nước biển. Khi trái đất quay, sự phình ra ở đại dương này gặp nước nông tiếp giáp với bờ biển và tạo ra thủy triều. Sự xuất hiện thủy triều xảy ra một cách bất thường, do mô hình phù hợp của quỹ đạo của Mặt trăng quanh Trái đất. Từ thế kỉ thứ XIX, nhiều “cối xay” thủy triều đã được áp dụng ở Châu Âu và trên bờ biển Đại Tây Dương của Bắc Mỹ bằng cách sử dụng dòng chảy của nước và tua-bin quay để tạo ra điện. Năm 1966 xuất hiện nhà máy thủy điện (hay Trạm điện thủy triều) Rance có quy mô lớn đầu tiên trên thế giới, được xây dựng trong khoảng 6 năm (1960 -1966) tại La Rance, Pháp, với công suất lắp đặt 240 MW… Đến tháng 8 năm 2011, một nhà máy điện thủy triều lớn khác được hoàn thành. Đó là nhà máy thủy điện Sihwa Lake của Hàn Quốc, kết hợp với các đê chắn biển hoàn chỉnh gồm 10 tua-bin tạo ra công suất 254 MW. Ngoài ra, còn có nhiều nhà máy thủy điện nhỏ khác được nhiều quốc gia trên thế giới xây dựng và đưa vào sử dụng, như Trạm điện Hoàng gia Annapolis, Annapolis Royal, Nova Scotia, công suất lắp đặt 20 MW, hoàn thành năm 1984 trên vịnh Fundy (Mỹ); Trạm điện thủy triều Jiangxia (Giang Hạ), phía nam Hàng Châu, công suất lắp đặt 3,2 MW (1985, Trung Quốc). Trạm phát điện dòng thủy triều được lắp đặt tại Race Rocks (Bắc Mỹ, 2006). Một dự án thủy điện nhỏ được xây dựng bởi Liên Xô tại Kislaya Guba trên Biển Barents, có công suất lắp đặt 0,4 MW (2006), sau đó được nâng cấp với tua-bin trực giao có công suất 1,2MW. Một trạm điện thủy triều khác là SeaGen được xây dựng ở Strangford Lough, 1,2 MW (2008, Bắc Ireland). Cho đến nay, nhiều quốc gia như Mỹ, Nhật Bản, Ấn Độ, Scotland, Anh, Hàn Quốc, Hà Lan, Singapo… có một số dự án điện thủy triều đã và đang được xây dựng và đưa vào sử dụng. Chính phủ Hàn Quốc cho xây dựng Trạm điện thủy triều Jindo Uldolmok, công suất 90 MW (2013); xây dựng một đập thủy triều 812 MW gần đảo Ganghwa, tây bắc Incheon (hoàn thành năm 2015) và một đập khác, công suất 1.320 MW ở xung quanh các hòn đảo phía tây Incheon (bắt đầu xây dựng từ năm 2017). Chính phủ Hà Lan đầu tư xây dựng một tổ hợp gồm 5 tua-bin phát điện thủy triều từ Tocardo – Oosterscheldekering, với công suất 1,2MW bắt đầu hoạt động từ năm 2015… Bên cạnh điện thủy triều, còn có một nguồn điện tái tạo khác có thể được đưa vào sử dụng khi khai thác các dòng hải lưu trên các đại dương. Điện hải lưu rất đáng tin cậy vì các dòng hải lưu đã từng được con người nghiên cứu và ứng dụng từ lâu. Các nhà khoa học đã khám phá ra các vòng hải lưu được gây ra bởi hiệu ứng Coriolis; độ xoáy của hành tinh cùng với ma sát ngang và dọc. Có 5 vòng hải lưu chính ở các đại dương: Ấn Độ Dương (thường chảy ngược chiều kim đồng hồ); Bắc Đại Tây Dương; Bắc Thái Bình Dương; Nam Đại Tây Dương (Brazin) và Nam Thái Bình Dương (Đông Ôxtrâylia). Ngoài ra, xét về khoảng cách và tính chất so với xích đạo, còn có ba vòng hải lưu là: Vòng hải lưu nhiệt đới, ít thống nhất và có xu hướng chủ yếu là đông-tây và ít có xu hướng bắc-nam; Vòng hải lưu cận nhiệt đới và Vòng hải lưu cực. Đáng chú ý là vòng hải lưu cận nhiệt đới. Trung tâm của một vòng hải lưu cận nhiệt đới là một vùng áp suất cao. Do hiệu ứng Coriolis, lưu thông xung quanh áp suất cao theo chiều kim đồng hồ ở bán cầu Bắc và ngược chiều kim đồng hồ ở bán cầu Nam của vòng hải lưu gây ra. Áp lực cao ở trung tâm là do gió tây ở phía bắc của vòng hải lưu và gió đông ở phía nam. Chúng gây ra dòng chảy bề mặt ma sát về phía vĩ độ ở trung tâm của vòng hải lưu. Sự tích tụ nước này ở trung tâm tạo ra dòng chảy về phía xích đạo ở phía trên 1.000 đến 2.000 m của đại dương, thông qua các động lực khá phức tạp. Dòng chảy này được đưa trở lại cực trong dòng chảy biên giới phía tây tăng cường. Hải lưu Kuroshio (hải lưu Nhật Bản) là một dòng hải lưu ở Tây Thái Bình Dương, ngoài khơi bờ biển phía Đông của Đài Loan (Trung Quốc), chảy theo hướng Đông Bắc, ngang qua Nhật Bản, nơi hòa chung với dòng chảy phía Đông của hải lưu Bắc Thái Bình Dương. Hải lưu Kuroshio được đánh giá tương tự như hải lưu Gulf Stream ở Đại Tây Dương mang theo dòng nước biển nhiệt đới ấm về phía Bắc tới vùng cực, với tiềm năng khai thác về kinh tế là rất lớn. Ngoài ra, Kuroshio còn được gọi là “hải lưu đen” bởi Kuroshio trong tiếng Nhật có nghĩa là màu đen. “Kurishio” được Cục Quản lý Năng lượng đại dương (BOEM) của Mỹ đánh giá là một trong những dòng hải lưu có dòng chảy lớn nhất trên thế giới, có tiềm năng lớn đối với các dự án năng lượng tái tạo, ổn định và “đáng tin cậy”. Các dòng hải lưu tương đối ổn định, chảy theo một hướng và ngược với thủy triều theo dọc bờ biển. Trong khi các dòng hải lưu chảy chậm so với tốc độ gió bình thường, nó tích tụ nhiều năng lượng bởi lưu lượng nước. Với tính chất vật lý này, các dòng hải lưu chứa nguồn năng lượng khổng lồ và có thể được biến thành điện năng. BOEM cũng ghi nhận việc sản xuất năng lượng sạch từ các dòng hải lưu cần được khảo sát, nhân rộng trên các đại dương, bởi xác định các dòng dải lưu cũng không khó và nó rất ổn định nên tiềm năng rất lớn. Lợi dụng hải lưu Kuroshio, cuối năm 2011, Tập đoàn IHI, nhà sản xuất thiết bị công nghiệp nặng hàng đầu của Nhật Bản cùng Tổ chức Phát triển Năng lượng mới và Công nghệ công nghiệp NEDO, Tập đoàn Toshiba vừa cho thử nghiệm thành công dự án Kairyu sản xuất điện bằng dòng hải lưu Kuroshio ở khu vực đảo Kagoshima, phía Tây Nam Nhật Bản với công suất tối đa khoảng 100KW. Đây là công trình nghiên cứu, thử nghiệm thành công đầu tiên trên thế giới sản xuất ra điện năng từ dòng hải lưu. Hy vọng rằng, cuối năm 2020, dự án này sẽ được thương mại hóa và nhân rộng trên toàn cầu, phục vụ nhu cầu sử dụng điện năng của những vùng hải đảo xa xôi. Ở một nơi khác, thành phố Durban của Nam Phi đang xem xét một dự án táo bạo nhằm khai thác dòng hải lưu Agulhas chảy về phía bắc tại Ấn Độ Dương để sản xuất điện. Công ty Hydro Alternative Energy Inc. có trụ sở tại Florida (Mỹ) đang đề xuất xây dựng một nhà máy mẫu có công suất 1MW, sẽ sản xuất điện từ dòng hải lưu Agulhas, với sự ủng hộ mạnh mẽ của Cơ quan Xúc tiến đầu tư Durban. Hệ thống nguyên mẫu có tên là “Oceanus” sử dụng các máy phát điện nổi có chiều cao tương đương tòa nhà 5 tầng, neo vào đáy biển, cách mặt biển khoảng 1.000m để không cản trở giao thông của tàu thuyền trên biển. Việc sản xuất các hệ thống phát điện và công lắp đặt, khoảng 20 triệu USD cho mẫu đầu tiên. Các cánh quạt tua- bin quay rất chậm và cự ly giữa các cánh quạt khoảng 2 mét, cho phép các loài cá sống tại các tầng nước sâu hơn bơi qua. Các tổ hợp máy phát cũng được đặt cách mặt biển tới 1.000m và thường cách bờ biển tới 30 – 40 km để không ảnh hưởng đến các tuyến đường biển. Để tận dụng sức mạnh của dòng hải lưu, các máy phát dự kiến được đặt bên cạnh, chứ không phải ở giữa dòng hải lưu Agulhas. Tổ hợp Oceanus sẽ không gây ồn hoặc làm ảnh hưởng đến hoạt động của các sinh vật biển như cá heo và cá voi… Sau khi hoàn thành nguyên mẫu Oceanus đầu tiên, các bên liên quan có thể phối hợp tiếp tục nghiên cứu lắp đặt các nguyên mẫu này ở 4 địa điểm ngoài khơi Nam Phi… Việt Nam có bờ biển dài trên 3.200 km và ven biển có nhiều vũng, vịnh, cửa sông, đầm phá, là tiền đề để khai thác năng lượng thủy triều. Theo đánh giá của Viện Khoa học Năng lượng Việt Nam, Việt Nam có tiềm năng khai thác nguồn năng lượng thủy triều cao trên suốt dải bờ biển chiều dài trên 3.200km; trong đó, mật độ năng lượng thủy triều khu vực Quảng Ninh đạt khoảng 3,7 GWh/km2, Nghệ An khoảng 2,5 GWh/ km2 và giảm dần đến khu vực Thừa Thiên Huế với 0,3 GWh/ km2; về phía Nam, Phan Thiết là 2,1 GWh/ km2, Bà Rịa – Vũng Tàu với 5,2 GWh/ km2. Xét về đặc điểm địa hình và chế độ thủy triều, vùng biển thuộc tỉnh Quảng Ninh và Thành phố. Hải Phòng là khu vực có tiềm năng phát triển điện thủy triều lớn nhất nước, với công suất lắp máy có thể lên đến 550MW, chiếm 96% tiềm năng kỹ thuật nguồn điện thủy triều của Việt Nam. Tuy nhiên, nguồn năng lượng này chưa được quan tâm khai thác, mới ở giai đoạn nghiên cứu sơ khai, chưa có những ứng dụng phát điện cụ thể. Đối với điện hải lưu ở Việt Nam còn quá mới, đang trong giai đoạn đề xuất ý tưởng và nghiên cứu ban đầu. Khu vực biển Miền Trung được cho là hội tụ động năng dòng hải lưu lớn nhất trên trái đất mang nguồn gốc từ năng lượng mặt trời và trạng thái quay của trái đất. Theo Tiến sĩ Trần Đức Thạnh, nguyên Viện trưởng Viện Tài nguyên và Môi trường biển (Hải Phòng) [1]: Từ lâu, các nhà khoa học Pháp đã phát hiện khả năng tồn tại một dòng chảy lạnh đi từ phía Bắc xuống phía Nam dọc bờ Tây Biển Đông đến mũi Đại Lãnh (Varella) với lớp nước mặt có bề dày lớn, hiện nay được xác định đến độ sâu gần 200m vào mùa gió Đông Bắc. Vào mùa gió Tây Nam, trong khi lớp tầng mặt có dòng chảy thuận theo gió mùa hướng chính Tây Nam – Đông Bắc, thì lớp nước sâu từ 70m đến hơn 200m vẫn có khả năng tồn tại dòng chảy ngược tầng mặt hướng về phía Nam. Thực tế, Biển Việt Nam ít chịu ảnh hưởng của các dòng chảy tầng mặt lớn của 2 đại dương (Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương) bao quanh, chỉ có những dòng chảy theo chế độ gió mùa và theo điều kiện của địa hình xung quanh. “Dòng biển lạnh” (chảy quanh năm từ Bắc cực về xích đạo), có hướng chảy từ Đông sang Tây Nam và dọc bờ biển từ cửa Vịnh Bắc Bộ đến mũi Cà Mau, mạnh nhất và ổn định từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau với vận tốc trung bình 1-2 hải lý/giờ (riêng từ Đà Nẵng đến Cam Ranh vận tốc dòng chảy mạnh, đạt 1 – 3 hải lý/giờ). “Dòng biển nóng” chảy theo hướng Tây Nam – Đông Bắc thường xuất hiện trong các tháng 5 – 9 hàng năm, mạnh hơn, đẩy lùi “dòng biển lạnh” cùng thời kỳ và chảy ở độ sâu 80-140m, với vận tốc trung bình 0,6-1 hải lý/giờ. Gần đây, tại Hà Nội, Viện nghiên cứu biển và hải đảo đã tổ chức tọa đàm về thực trạng, chính sách về năng lượng tái tạo và năng lượng dòng chảy (hải lưu, thủy triều, dòng chảy). Tiến sĩ Dư Văn Toán trình bày báo cáo tổng quan chính sách năng lượng tái tạo biển, trong đó đánh giá: Miền Trung nước ta có lợi thế mặt giáp biển lớn do đó với ưu thế sạch, không bị cạn kiệt, giá thành thấp với công nghệ của Việt Nam, năng lượng dòng chảy (điện hải lưu) đang được các chuyên gia của Viện Nghiên cứu biển và hải đảo tập trung nghiên cứu về tiềm năng lý thuyết, bao gồm: tiềm năng kỹ thuật (điều kiện cho phép để không ảnh hưởng đến đường đi lại của tàu thuyền, khai thác cảng, mục tiêu quốc phòng của các tỉnh), tiềm năng kinh tế và dòng chảy mặt, dòng chảy đáy… Kỹ sư Doãn Mạnh Dũng, hội viên Hội Khoa học Kỹ thuật và Kinh tế biển Thành phố Hồ Chí Minh cho rằng: Dòng hải lưu ở miền Trung trải dài 1000km từ Hòn La – Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên – Huế, Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận đến mũi Kê Gà – Bình Thuận. 11 tỉnh, thành phố nói trên đều đủ các yếu tố để phát triển điện hải lưu với quy mô công nghiệp. Trên cơ sở đó, Kỹ sư Dũng đề xuất: Các tỉnh miền Trung nên phát triển điện hải lưu gắn liền với hoạt động du lịch và nghiên cứu khoa học vì đây là nơi tập trung nguồn tài nguyên điện hải lưu lớn nhất trên trái đất và cũng là nơi tìm ra công nghệ mới phát điện bằng dòng hải lưu. Việt Nam là nơi phát triển năng lượng điện hải lưu lớn nhất của bờ Tây Thái Bình Dương theo nhận định của giới nghiên cứu năng lượng dòng chảy Đài Loan. Về công nghệ khai thác năng lượng dòng chảy bằng tuabin mới, Kỹ sư Dũng đề xuất mô hình “trống quay”. Tuabin mới có dáng hình trụ quay quanh trục chính của nó. Trong hình trụ có mặt rỗng trong nhằm nhận lực Ác-si-mét để biến thành con quay tối ưu trong môi trường nước chảy song song với bề mặt của chính nó. Nguyên tắc vận hành của tua-bin là mô men lực nhân với chiều dài cánh tay đòn nên về lý thuyết tuabin có thể khai thác khi tốc độ dòng chảy rất nhỏ… Cũng gần đây, Uỷ ban nhân dân tỉnh Khánh Hòa đã đồng ý việc nghiên cứu, tìm hiểu để đầu tư dự án nhà máy phát điện bằng dòng hải lưu một chiều ở khu vực phía Bắc vịnh Vân Phong. Đối tác xin phép nghiên cứu là Công ty Infrastructure Development Asia, LLC (IDA – Mỹ). Theo tính toán của IDA, nếu lắp đặt một cụm 20 máy phát điện bằng dòng hải lưu sẽ tốn khoảng 151 triệu USD, cho ra lượng điện khoảng 1.400 MW/ngày; còn nếu chạy máy phát điện bằng than công suất 1.200 MW thì cần đến 1,2 tỉ USD. Như vậy, máy phát điện bằng dòng hải lưu không gây ô nhiễm và tổn hại đến môi trường, không chỉ tạo ra nguồn năng lượng sạch mà còn tiết kiệm chi phí, giá thành rẻ hơn so với các nguồn năng lượng khác. Cũng theo IDA, các dòng hải lưu trên thế giới thường xuyên đổi hướng dòng chảy nên máy phát điện bằng dòng hải lưu phải có kết cấu tự động đổi hướng theo dòng chảy. Với thiết kế như vậy, giá của máy phát điện rất cao, hiệu quả thấp, không phù hợp với Việt Nam. Ở Vịnh Vân Phong, nơi có dòng hải lưu ổn định, phù hợp cho dự án điện hải lưu. Tuy nhiên, ở vùng miền Trung Việt Nam, dòng hải lưu rất đặc biệt vì có dòng hoàn lưu tầng đáy di chuyển 365 ngày/năm. Nhờ sự cộng hưởng của gió mùa Đông Bắc và dòng hoàn lưu tầng đáy nên dòng hải lưu qua miền Trung rất ổn định một chiều và nhiều năng lượng. Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu, IDA nhận thấy khu vực phía Bắc Vịnh Vân Phong, gần Hòn Đôi, rất thích hợp để đặt máy phát điện bằng dòng hải lưu. Máy phát điện là những thùng bê-tông cốt thép được đặt chìm dưới đáy biển, có hướng cố định đón dòng hải lưu chảy từ Bắc xuống Nam. Các tua-bin với những cánh quạt được đưa xuống đáy biển để nhận năng lượng… Từ thực tiễn phát triển điện thủy triều và điện hải lưu cho thấy: Việc phát triển điện thủy triều và điện hải lưu ở Việt Nam mới chỉ ở giai đoạn nghiên cứu sơ bộ ban đầu. Trong khi đó, các kết quả nghiên cứu, ứng dụng điện thủy triều và điện hải lưu hiện nay trên thế giới là khả quan, tạo điều kiện thuận lợi cho các quốc gia có điều kiện tự nhiên phù hợp phát triển nhanh việc khai thác sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo trên biển, góp phần đa dạng hóa, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia. Để đưa các ý tưởng, các dự án phát triển điện hải lưu, điện thủy triều thành hiện thực ở nước ta, thiết nghĩ cùng với việc đẩy mạnh phát triển thủy điện, điện gió, điện mặt trời, điện khí hóa lỏng, điện sinh khối…, Đảng, Nhà nước và các bộ, ngành chức năng có liên quan cần phối hợp chặt chẽ, định hướng và tập trung thực hiện tốt các vấn đề sau:
3- Tăng cường tuyên truyền, nââng cao nhận thức cho nhân dân về chống biến đổi khí hậu toàn cầu, đẩy mạnh sử dụng năng lượng tái tạo, nhất là điện hải lưu, điện thủy triều; tổ chức nghiên cứu, chế thử và triển khai rộng khắp trên toàn vùng ven biển nước ta, trước mắt tập trung điện hải lưu vào khu vực biển Trung Bộ; điện thủy triều tập trung vào khu vực biển Bắc Bộ. 4- Tổ chức xây dựng và thông qua Luật về năng lượng tái tạo. Chính phủ cần ban hành các nghị định, quy định và cơ chế quản lý các hoạt động năng lượng, phê duyệt chiến lược và quy hoạch phát triển năng lượng và quyết định các chính sách về giá năng lượng, các dự án có quy mô lớn; giao Bộ Bộ Công Thương (cơ quan quản lý nhà nước về lĩnh vực năng lượng) phối hợp với các bộ, ngành có liên quan triển khai xây dựng quy hoạch, kế hoạch trung hạn và dài hạn phát triển năng lượng tái tạo trên biển với những chỉ tiêu cụ thể trong từng giai đoạn nhất định. 5- Có chính sách ưu tiên, tăng cường đào tạo nguồn nhân lực khoa học công nghệ về năng lượng tái tạo; khuyến khích các viện nghiên cứu, các nhà khoa học trong nước đẩy mạnh nghiên cứu, phản biện; đồng thời có biện pháp hỗ trợ, khuyến khích các cá nhân, tổ chức kinh tế trong nước đặt hàng, đầu tư cho nghiên cứu, sản xuất thiết bị, thử nghiệm, vận hành máy phát điện thủy triều và điện hải lưu song song với việc đặt mua công nghệ của các nước đã phát triển để lắp ráp và tiến tới chế tạo trong nước, nhằm tạo ra bước đột phá để phát triển điện hải lưu, điện thủy triều. 6-Đẩy mạnh hợp tác quốc tế trong nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ; mời gọi, hợp tác với cơ quan, đơn vị chủ đầu tư có khả năng về công nghệ cao, có phương án giá cả hợp lý; tổ chức tiếp cận, học hỏi kinh nghiệm từ các tổ hợp công nghiệp-kinh tế đã thành công bước đầu trong việc nghiên cứu sản xuất điện hải lưu như Tập đoàn IHI với dự án Kairyu (Nhật Bản), Công ty Hydro Alternative Energy Inc.(Mỹ) phối hợp với công ty Durban (Nam Phi) với dự án “Oceanus” và công ty IDA (Mỹ) với dự án ở Khánh Hòa. Mặt khác, Việt Nam cần sớm gia nhập Nhóm Quốc tế về Năng lượng Đại dương và tham gia các tổ chức quốc tế khác để có thể triển khai hiệu quả chiến lược “năng lượng xanh”, góp phần ổn định năng lượng và phát triển kinh tế – xã hội bền vững./. [1] Trần Đức Thạnh, BÀN VỀ PHÂN VÙNG ĐỚI BỜ BIỂN VIỆT NAM, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Biển; Tập 15, Số 1; 2015: 1-12; Viện Tài nguyên và Môi trường biển-Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. |
