Tweet
Năng lượng mà chủ yếu là nguồn cung cấp dầu mỏ và khí đốt là một bài toán lớn mà bất kỳ một quốc gia phát triển nào cũng phải đối diện và phải tìm được lời giải đáp hợp lý. Độ khó của bài toán này không giống nhau cho mọi người vì sự phân bố loại tài nguyên này trên thế giới không đồng đều và có giới hạn. Cuộc sống trên trái đất này sẽ ra sao khi các mỏ dầu một ngày kia chắc chắn sẽ bị khô cạn. Các chính trị gia và các nhà khoa học đã từ lâu đề cập đến việc nghiên cứu và phát triển để sử dụng các nguồn nhiên liệu thay thế khác được gọi là năng lượng tái tạo (renewable energy) như ánh sáng mặt trời, sóng, gió, nhiên liệu sinh học, địa nhiệt và thủy triều.
Cũng đã có nhiều cuộc nghiên cứu xuất phát từ các đại học danh tiếng về việc sử dung các nguồn năng lượng thiên nhiên khác như sóng biển và sấm chớp. Trong cơn giông bão, sóng biển có thể ném tung những tàu, thuyền to lớn lên bờ và một luồng sét đánh bất chợt ngang trên bầu trời có thể phát ra một điện năng mạnh đến 5 tỷ Joules. Nhưng rất tiếc là người ta không thể tiên liệu được nơi nào và khi nào sẽ có sóng gió và bão tố để đón bắt những dạng năng lượng này. Trong khi đó không phải lúc nào cũng có đủ nước để cung cấp cho các đập thủy điện (hydroelectric), đủ gió cho các máy phát điện chạy bằng sức gió (windmill) và đủ ánh sáng mặt trời cho các tấm biến đổi năng lượng (solar panel). Bên cạnh đó năng lượng hạch nhân (atomic energy) và các đập thủy điện lại có thể gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng khó lường có ảnh hưởng trực tiếp đến môi sinh và cuộc sống của con người.
Tóm lại thủy triều hiện đang được xem là nguồn cung cấp năng lượng lý tưởng và ổn định (sustainable) nhất vì hiện tượng thủy triều xuất hiện đều đặn hàng ngày do lực tương tác của mặt trời, mặt trăng và quả đất.
Trước đây việc khai thác năng lượng thủy triều rồi chuyển hóa sang điện năng rất tốn kém vì trang thiết bị đắt tiền và số lượng khu vực có lượng thay đổi thủy triều cần thiết cũng rất hạn chế. Ngày nay kỹ thuật có thể phát triển được các turbine (axial turbines, cross flow turbines) phát điện gọn, bền, rẻ, có hiệu quả và khả năng chống rỉ sét cao hơn (https://www.youtube.com/watch?v=8-sFLGMSMac), kỹ thuật cũng giúp nhiều cho việc cải tiến địa hình ở các nơi đặt máy trong vùng ven biển (dynamic tidal power, tidal lagoons).
Các nhà máy phát điện sử dụng năng lượng thủy triều (tide mill) đã được sử dụng khá phổ biến ở châu Âu và ven bờ Đại Tây Dương của khu vực Bắc Mỹ. Việc đầu tiên phải làm khi thiết kế là khảo sát ven biển để tìm những địa điểm thích hợp có độ chênh lệch mực nước thủy triều cao và thuận lợi cho việc di chuyển cũng như truyền tải điện. Vùng vịnh Fundy thuộc tỉnh bang New Brunswick của Canada có mức chênh lệch thủy triều lên đến 50 feet chỉ trong vài giờ. Cạnh đó, tại tỉnh bang Nova Scotia có nhà máy điện thủy triều Annapolis Royal Generating Station có công suất phát điện lên đến 20 MW.
Hiện nay các nhà máy phát điện thủy triều thường là một trong 2 dạng sau đây:
• Sử dụng động năng (kinetic energy) của dòng nước chảy (Tidal stream generators hay TSGs)
Các turbine của loại ứng dụng này rất đa dạng và có thể được gắn ở những chân cầu lớn nhằm lợi dụng sức mạnh của dòng nước chảy siết qua đây.
• Sử dụng thế năng (potential energy) của sự chênh lệch mực nước thủy triều (Tidal barrage)
Khi thủy triều dăng cao lượng nước này được tích trữ lại trong những hồ lớn (storage pond) và khi thủy triều xuống thấp, lượng nước trong hồ được xả qua những đường hầm (tunnel) bên dưới những đập nước có chứa cánh quạt của các turbine (waterwheel) phát điện.
Một kỹ thuật mới khác sử dụng tổng hợp động năng và thế năng của mực nước thủy triều (Dynamic tidal power hay DTP) rất hứa hẹn nhưng mới chỉ được thí nghiệm. Thiết kế mới này có đập ngăn nước hở dài từ 30 đến 50 km trong vùng nước gần bờ biển với những cấu trúc có hình dáng chọn lọc. Cả động năng và thế năng của các dòng nước chảy qua các khe hở của đập được dùng để khởi động cánh quạt của các turbine phát điện được bố trí ở các nơi này (http://www.youtube.com/watch?v=4hT4FUlOYr4).
Trên đây là nhà máy điện thủy triều đầu tiên của thế giới (1966), Rance được xây dựng ở cửa sông Rance vùng Brittany, nước Pháp. Nhà máy này vận hành 24 turbine, có công suất trung bình 62 megawatts và công suất tối đa 240 megawatts. Mỗi năm sản xuất khoảng 540 GWh, cung ứng được khoảng 1 % nhu cầu điện lực toàn quốc.
TidGen tidal turbines
Hệ thống điện thủy triều đầu tiên này của Hoa Kỳ được bố trí tại vịnh Cobscook ngoài khơi tiểu bang Maine. Với công suất tối đa khoảng 180 KW, hệ thống này có thể cung cấp điện năng cho 30 gia đình. Công ty Bangor Hydro Electric Company dự định sẽ lắp đặt thêm hai hệ thống tương tự vào mùa thu năm 2013 để có thể nâng công suất thiết kế lên đến khoảng 5 MW nhằm cung cấp điện năng cho 1200 gia đình.
Vị trí xây dựng của hệ thống có độ sâu khoảng từ 15 m đến 30 m để tận dụng sức nước chảy ra ngoài cửa vịnh (100 tỷ tấn nước mỗi ngày) và sự thay đổi mực nước của thủy triều (khoảng 15 m).
Bất kỳ một công trình thay đổi thiên nhiên nào cũng đều có thể đem lại những hậu quả không thuận lợi, có khi không thể tiên liệu được. Vì vậy cần nghiên cứu kỹ ảnh hưởng của nhà máy điện thủy triều đến môi trường nhất là những tác động đến đời sống của các sinh vật và vi sinh vật biển ở những khu vực thường xuyên bị khuấy động và ô nhiễm để có những cải tiến kịp thời và cần thiết.
Hùng Nguyễn - Tổng hợp
References:
http://spectrum.ieee.org/energywise/...ng-to-the-grid
Comment