Công nghệ khai thác năng lượng sóng biển, nhằm góp phần hạn chế tối đa sự phát thải khí CO2 vào môi trường sống. Nhiều quốc gia đã có nhà máy điện dùng năng lượng sóng biển. Việc này có thể áp dụng tốt ở vùng biển nước ta, theo số liệu khảo sát của Viện Năng lượng, Viện Khoa học, công nghệ Việt Nam.

Hệ thống phao tiêu nổi AquaBuOY.

Có thể nói sóng biển tạo ra nguồn năng lượng vô tận. Các kết quả tính toán cho thấy năng lượng sóng dọc dải ven bờ của nước ta rất phong phú. Dòng năng lượng trung bình yếu nhất đạt 15kW/m; mạnh nhất 30kW/m. Cụ thể vịnh Hạ Long (Quảng Ninh), vịnh Gành Rái (Bà Rịa - Vũng Tàu) hội tụ đủ ba yếu tố: Mật độ năng lượng GWh/km2; tiềm năng GWh; hiệu suất GWh/km. Đủ điều kiện để xây dựng nhà máy thủy điện thủy triều. Đã có nhiều nước trên thế giới đang khai thác nguồn năng lượng sạch này góp phần tích cực, mục đích giảm phát thải CO2 bằng các công nghệ thiết bị dưới đây:

1. Thiết bị Pelamis 

Hoạt động theo nguyên lý sau: 

Pelamis là một hệ thống phao, gồm một loạt các ống hình trụ nửa chìm, nửa nổi, nối với nhau bằng bản lề. Sóng biển làm chuyển động mạnh hệ thống phao, tác động mạnh vào hệ thống bơm thủy lực làm quay turbin phát điện. Hàng loạt thiết bị tương tự sẽ kết nối với nhau, làm cho turbin hoạt động liên tục. Dòng điện được truyền qua dây cáp ngầm dưới đáy đại dương dẫn vào bờ, nối với lưới điện, cung cấp cho hộ sử dụng. Nếu xây dựng nhà máy điện có công suất 30 MW sẽ chiếm diện tích mặt biển là 1km2. Pelamis neo ở độ sâu chừng 50–70m; cách bờ dưới 10km, là nơi có mức năng lượng cao trong các con sóng. Và Pelamis gồm ba modul biến đổi năng lượng, mỗi modul có hệ thống máy phát thủy lực - điện đồng bộ. Mỗi thiết bị pelamis có thể cho công suất 750kW, nó có chiều dài 140-150m, có đường kính ống 3-3,5m. Tại Bồ Đào Nha, có hệ thống pelamis đầu tiên trên thế giới, gồm 3 pelamis có công suất 2,25MW. Năm 2007, Scotland đã đặt 4 thiết bị pelamis công suất tổng đạt 3MW, với giá thành 4 triệu bảng Anh.

2. Hệ thống phao tiêu

AquaBuOY là một hệ thống phao nổi, có nguyên lý hoạt động nhằm biến đổi năng lượng động học của chuyển động thẳng đứng do các đợt sóng biển tạo ra năng lượng điện sạch. Nhờ việc trồi lên, ngụp xuống của sóng biển làm hệ thống phao nổi dập dềnh lên xuống mạnh làm hệ thống xilanh chuyển động, tạo ra dòng điện. Điện dẫn qua hệ thống cáp ngầm đưa lên bờ, hòa vào lưới điện. Mỗi phao tiêu có thể đạt công suất tới 250kW, với đường kính phao 6m. Nếu trạm phát điện có công suất 10 MW chỉ chiếm 0,13 km2 mặt biển. Bơm ống là ống cao su cốt thép, nó hoạt động như cái bơm bình thường, khi sóng nén, nước biển phọt mạnh về phía sau, có chứa một bộ cao áp, làm quay turbin, điện thu được, dẫn qua cáp ngầm vào bờ để hòa chung vào lưới điện. Ngoài ra trên các Aqua BuOY, đặt các tấm pin mặt trời; turbin gió nhỏ nhằm tạo ra nguồn điện năng cho các thiết bị chuẩn đoán gắn trong Aqua BuOY. Tất cả dữ liệu về thiết bị đều được truyền bằng công nghệ không dây, vệ tinh về khu vực điều hành. Hệ thống Aqua BuOY thường lắp đặt cách bờ chừng 5km ở nơi biển có độ sâu 50m. Năm 2006, dự án 800kW, ở Makar Bay, Wahington, đã thực hiện với giá thành 3 triệu đô la, nó cung cấp điện cho 150 hộ gia đình. Dự án 2MW tại Figuera da Foz, Bồ Đào Nha và dự án 2MW ở miền Nam California, Mỹ.

Hệ thống phao tiêu chìm AWS 

Công ty AWS Ocean Eneny (Scotland) phát minh ra hệ thống máy phát điện mới nhằm biến chuyển động sóng thành điện năng. Khác với những hệ thống đang tồn tại, đó là hệ thống phao tiêu nằm chìm dưới mặt nước, nên không bị ảnh hưởng bởi điều kiện khí hậu trên mặt biển. Hệ thống phao tiêu ngầm giống như những quả ngư lôi dưới mặt nước biển chừng 50 mét mà vẫn tạo ra điện năng nhờ sóng biển. Họ đã thành công năm 2008. Các hệ thống nổi trên mặt biển dễ bị các trận bão tàn phá, thì hệ thống chìm của AWS (Aschimedes Wave Swing) đã chế tạo bằng vật liệu sử dụng như dàn khai thác dầu mỏ ngoài khơi, được đặt ở độ sâu yên tĩnh. Hệ thống tạo ra năng lượng nhờ sóng biển từ xa, qua các biến thiên áp suất sinh ra do biến đổi của cột nước. 

Hệ thống phao tiêu AWS là một xi lanh dài 35 mét, rộng 10 mét chứa khí nén bên trong khiến phao không chìm, nửa trên chỉ chuyển động theo chiều thẳng đứng. Khi sóng lướt qua, sự tăng khối lượng nước làm gia tăng áp suất cột nước và phần bên trên hệ thống bị đẩy xuống dưới. Giữa hai đợt sóng, cột nước hạ xuống, áp suất hạ theo làm nổi lên phần trên của hệ thống. Chuyển động bơm biến thành điện năng. Điện được chuyển tải qua cáp ngầm, lên hòa vào lưới điện quốc gia. 

Mọi công nghệ phát điện, khi đưa ra đều bị chặn bởi giá thành, thì Anacondaa là công nghệ có ưu thế về giá thành thấp, lại tạo ra nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường. Công nghệ Anaconda được mô tả như sau: Một ống cao su dài khoảng 200 mét, hai đầu bịt kín, bên trong chứa đầy nước. Được neo ngay dưới bề mặt nước biển, một đầu hứng lấy các đợt sóng. Sóng đập vào một đầu của thiết bị tạo sức ép hình thành nên “sóng phình” (do áp lực chất lỏng do động lên xuống bởi sóng, trong mỗi ống) bên trong ống. Khi có sóng phình chạy qua ống, đợt sóng biển tạo ra nó chạy dọc phần ngoài của ống cùng một tốc độ, tạo thêm sức ép lên ống, khiến sóng phình ngày càng lớn hơn. Liền đó sóng phình làm quay turbin nằm ở đầu còn lại của ống cao su. Năng lượng (điện) được tạo ra thì chuyển lên bờ qua cáp ngầm. Ống cao su, rất nhẹ, không cần khớp nối, không chi phí bảo trì, hỏng hóc gần bằng không. Và còn một số hệ thống thiết bị khai thác năng lượng sóng để chạy máy phát điện khác, sẽ giới thiệu sau. Số liệu đưa vào tính toán là các kết quả tính toán chế độ trường sóng ven bờ phục vụ xây dựng công trình biển của đề tài cấp Nhà nước KHCN–06-10 “Cơ sở khoa học và đặc trưng kỹ thuật đới bờ phục vụ xây dựng công trình biển ven bờ” bao gồm phân bố độ cao và chu kì sóng. 

Xây dựng những nhà máy thủy điện theo những mô hình trên đây là góp phần tích cực giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính, đồng thời tạo nên nguồn năng lượng mới khi mà than đá và dầu khí ngày một cạn kiệt, và nguồn năng lượng sinh học, làm ảnh hưởng đến vấn đề an ninh lương thực. 

NGUYỄN DƯỢC (Theo VNN)