1
GIỚI THIỆU
Việc chuyn đổi sang hệ thng năng lƣợng cacbon thấp n đã trthành một u cầu
cấp thiết mang nh toàn cầu khi cacbon dioxit (CO2) và các phát thải k nhà kính kc đã
đƣợc tha nhn nhng c nhân gây biến đổi k hậu. Do đó, việc loại bỏ cacbon trong
nh vc năng lƣợng đang tr thành vấn đề ƣu tiên trong chính ch năng ng quốc tế
đổi mới công nghệ cacbon thấp chính là để đạt đƣợcc mục tu đó.
Trong lĩnh vựcng lƣợng,c ng nghệi tạo đang phải đối mặt với c các cơ hội lẫn
thách thức. ng ợng đại dƣơng đang thu hút đƣợc sự quan m mạnh của cả hai giới
chính tr và công nghiệp. Dựa tn các kết qu đáng tin cậy về công nghệ cacbon thấp, các
nhà hoạch định cnh sách và các n đầu tƣ đã tích cực ủng hcho đi mới, nng việc cố
gắng tc đẩy sự thay đổi nhanh chóng ng có thể dẫn đến những kỳ vọng kng thực tế
trong ngắn hạn. Đồng thời, u cầu triển khai và phát trin nhanh cũng là một tch thức
kng nhvtài chính và kthuật. c động và những yếu tố không chắc chắn tồn tại
trong lĩnh vực ng ợng đại ơng cần đƣợc hiểu và cần nhận thức đƣợc c động
ơng đối của cng đến việc điều nh chiến lƣợc phát triển, gp đẩy nhanh quá tnh
triển khai năng lƣợng đạiơng.
Nguồn năng ợng tđại dƣơng trên thế giới rất dồi dào, tuy nhiên, vẫn n tồn tại
nhngo cản và trở ngại quan trọng đối với việc triển khai quy mô lớnc ng nghệ khai
thác nguồn năng ợng tiềm ng này. Hiện nay, chi p ng lƣợng đại ơng cao hơn
nhiều so với ng lƣợng gngi ki. Để tr thành mt phn chính thức và đƣợc công
nhận trong hỗn hợp năng lƣợng trên thế giới, sn xuất năng lƣợng đại ơng cần phải có
khả ng cạnh tranh đƣợc với các dạng ng ợng i tạo thay thế. Tiềm ng kthuật
chƣa đƣợc nắm rõ là một rào cản quan trọng đối với triển khai tn cầu và khả ng giảm
chi p đạt đƣợc tsự đổi mới sáng tạo vẫn còn ca chắc chắn.
S phát triển gia ng ng ợng đại ơng thmang đến nhiều lợi ích u i, bao
gồm: tạo khng cho các lộ tnh khử cacbon trong cung ng ng lƣợng, đa dạng a
danh mục đầu sản xuất ng ợng, an ninh cung ứng ng ợng lớn hơn và mang lại
c hội kinh tế tiềm ng để phát triển các th trƣờng trong ớc và xuất khẩu cho các
nhà pt triển thiết b và các hãng nằm trong chuỗi cungng.
Để gp độc giả thêm thông tin vmt lĩnh vực ng ợng đang nổi lên và rất
nhiều tiềm ng ng nhƣ thách thức, Cục Tng tin Khoa học Công nghệ Quốc gia
biên soạn Tổng luậnNG NGHỆ NG ỢNG ĐẠI DƢƠNG: HIỆN TRNG VÀ XU
THẾ PT TRIỂN nhằm giới thiệu một số nguồn ng ợng từ đại ơng ng n
phản ánh hin trạng, xu thế pt triển của c ng nghệ năngợng đại ơng trên toàn thế
giới.
Xin tn trọng giới thiệung độc giả.
CỤC THÔNG TIN KH&CN QUỐC GIA
2
I. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. ng ợng đi dƣơng các ngun năng lƣợng đại dƣơng
Nếu đứng trên bờ biển vào một ngày nắng, bạn sẽ cảm nhận đƣợc các nguồn ngợng
xung quanh bạn. Đó là nguồn năng ợng bức xạ từ Mặt trời làm cho bạn cảm thấy ấm áp,
nguồn năng ợng trong g thổi bay c bạn, các con sóng kng ngừng vbờ ới
chân bạn. Nếu bạn đứng đủ lâu, bạn sẽ thấy mực ớc biển dângn và hạ xuốngng với
thuỷ triều. Ởu bênới, các dòng nƣớc di chuyển xun qua các đại ơng. Năng lƣợng
có mặt khắp nơi xung quanh chúng ta đang chđể đƣc khai tc.
Trong ng đại dƣơng ng có những nguồn năng lƣợng dồi dào. Nhiều khu vực
nhng trữ ợng lớn dầu mỏ và k t nhiên nằmu ới đáy biển. Ngi ra còn các m
cha đầy k mêtan, một loại k gu ng ợng. Đại ơng bao phgần ba phần bề
mặt Trái đất cha đựng một nguồn năng ợng vô cùng to lớn, thcung cấp đnăng
ợng mà thế giới cần trong nhng m tới và một số phƣơng pháp khác nhau để khai
thác nguồn năng lƣợng này.
Thuật ng ng ợng đại dƣơng đây chđcập đến các nguồn năng ợng nguồn
gốc từ các ng nghệ sdụng nƣớc biển m nguồn ng lƣợng hay để khai thác thế a
(chemical potential) hoặc thế nhit (heat potential) của ớc. ng ợng i tạo trong đại
ơng bao gồm 5 nguồn kc nhau, mỗi nguồn xuất xứ kc nhau và cần các công nghệ
chuyna khác nhau.c nguồn đó (Hình 1.1) bao gồm:
Hình 1.1. Các nguồn năng lƣợng đại dƣơng
1.1.1. Năng lƣợngng
ngợng sóng (kc với sóng ngm hay sóng thần) là nguồn năngng đƣợc truyền
từ g vào đại ơng. Khi g thổi trên đại ơng, mi ơng c giữa biển-kng k truyền
một phần năng ợng g vào ớc, tạo thành c con sóng và cnh c con ng ch tr
nguồn ng ợng y nhƣ mt nguồn thế năng (nằm chênh lệch mực ớc so với mc
ớc biển trungnh) và động năng (nằm chuyển động của các hạt nƣớc).
3
Việc khai thác ng ợng từ ng hiệu qun việc khai thác ng ợng trc tiếp từ
g, do thực tế ng là dạng năng lƣợng tập trung hơn gió. Nguồn năng ợng chứa bên
trong ng đại dƣơng trên thế giới rất lớn; tại một số khu vực thđạt hiệu suất 70
MW/km ở đầung. Về lý thuyết, có thể xây dựng c trạm pt điện lớn để chế ngự tn
bộ nguồn năngợngy và đápng hầu hết nhu cầungợng ca chúng ta.
Tuy nhn, nhiều yếu tố tác động đến loại nh phát triển đang trthành hiện thực
y. Sóng biển kng nhất quán nhƣ thủy triều và vì thế nảy sinh một vấn đề đặc biệt liên
quan đến việcơng xứng giữa cung và cầu. Đây là một trong những do chính giải thích
tại sao ng lƣợngng cho đến nay vẫn chỉ giới hạn ở các cơng tnh quy mô nhỏ, ca
một n máy tơng mại quy mô lớn nào hoạt động.
i chung, các con ng lớn cha nhiều ng lƣợng hơn. Cth năng ợng sóng
đƣợc quyết định bởi chiều cao của sóng, vận tốc ng, chiềui sóng và mật độ nƣớc.ch
thƣớc sóng đƣợc quyết định bởi tốc độ g, chiu dài sóng, độu và địa hình đáy biển (có
thtập trung hay phânn ngợngng). Chuyển độngng đạt mức cao nhấttrên bề
mặt và giảm dần theo cấp snhân với chiều u; tuy nhiên, ng ợng ng dạng ng áp
lực khiớc sâu hơn.
Thế ng của một tập hợp sóng tỷ lthuận với nh phƣơng chiều cao sóng nhân với chu
ksóng (khoảng thời gian giữa các đỉnh ng). Chu kng i hơn tƣơng ứng với chiều
i ng i hơn và chuyển động nhanh hơn. Thế ng ơng đƣơng động ng (có th
ng hết). ngợngng đƣợc biểu thị bằng đơn vkilôwatt/m.
ng thức ới đây biểu thị cách nh năng lƣợng ng. Ngoại trừ sóng tạo ra từ những
n bão ln, khi các con ng lớn nhất cao khoảng 15 m và có chu kỳ khoảng 15 gy. Theo
ng thức này, nhng con sóng n vậy cha khoảng 1.700 kilowatt thế năng/m đầu
ng. Một vt ng ợng sóng tốt sẽ thông ợng trung bình thấp hơn, khoảng 50
kW/m.
ng thức tínhngợng sóng: P = kH2T ~ 0,5 H2T,
Trong đó: P = Năng ợng (kW/m); k = hằng số; H = chiều cao sóng (từ đỉnh đến vùng
thấp nhất giữa hai ngọn ng) nh bằng m; và T = chu kng ỉnh đến đỉnh) tính bằng
gy.
Trên thuyết, tng tiềm ng năng lƣợng sóng ƣớc nh đạt 32.000 TWh/năm (TWh
=1012 Wh) (115 Exujoule (EJ)/năm) (EJ = 1018J), cao gần gấp đôi nguồn cung cấp điện
ng toàn cầum 2008 (16.800 TWh/năm hay 54 EJ/m). Số liệuy kng bị giới hạn
bởi khu vực địa lý, kthuật hay những n nhc kinh tế. Sliệu phân bnăng ợng ng
theo khu vực tại bờ biển c c hay khu vực đƣợc lấy những nơi công suất năng
ợng ng thuyết P ≥ 5 kW/m ở độ cao ≤66.5º (Bng 1.1). Tiềmng tn lý thuyết của
ng lƣợng sóng đƣợc thhiện trong Bảng 1.1 (29,500 TWh/năm hay 106 EJ/năm) cho
thấy suy giảm 8% so với tổng tiềm năng thuyết, kng bao gồm c khu vực tiềm
ng kng quá 5kW/m nhƣng vẫn đƣợc t đến trong ƣớc tính tiềm ng thuyết. Tim
ng k thuật của ng ợng ng thấp hơn đáng kcon số u trên và phthuộc vào
nhng phát triển kthuật của c thiết bị năng lƣợng sóng. Một nghiên cứu (Sims et al.
4
2007) ƣớc tính tiềmng k thuật toàn cầu của năngợng sóng đạt 500 GW, với giả định
c thiết b năngợngng ngi khơi đạt hiệu suất 40% chỉ đƣợc lắp đt ở gần bờ với
điều kiện ng >30 kW/m, trong khi một nghiên cứu kc (Krewitt et al. 2009) ƣớc nh
tiềm năngng ợng sóng đạt 20 EJ/m.
Bảng 1.1: Tiềm năng năng lƣợng sóng lý thuyết theo khu vực
Khu vực
ng ợng
sóng
TWh/yr (EJ/yr)
y và Bắc Âu
2.800 (10,1)
Biển Địa Trung Hải và quần đảo Atlantic (Azores, Cape Verde,
Canaries)
1.300 (4,7)
Bắc Mỹ và Greenland
4.000 (14,4)
Trung M
1.500 (5,4)
Nam M
4.600 (16,6)
Châu Phi
3.500 (12,6)
Châu Á
6.200 (22,3)
Ôxtrâylia, Niu Di-n và c đảo Thái Bìnhơng
5.600 (20,2)
Tổng
29.500 (106,2)
Nguồn: Mørk et al., 2010
1.1.2. Năng lƣợng thủy triều
ng ợng thủy triều đƣợc coi một dạng ng ợng i tạo sạch bi vì trong quá
trình chuyểna kng gây rac chất ô nhiễm. Đây là một dạng thy điện khai thác năng
ợng của thủy triều với sự trợ gp của một máy pt điện thchuyn hóa năng ợng
thy triều thành đin năng hay các dạngngng hữu ích kc.
Thủy triều mi ngày dẫn vào bờ một khối ợng ớc lớn và có thể cung cấp một nguồn
ng lƣợng dồi dào. Mặc nguồn cung năng lƣợngy ổn đnh và phong phú, nhƣng việc
chuyna thành điện năng hữu dụng lại là điều kng dễ dàng.
Bất lợi chủ yếu của các trạm điện thủy triều là chúng chỉ thể sản sinh ra đin khi thủy
triều dâng lên hay hxung, nói theo cách kc, chdiễn ra 10 giờ mỗi ngày. Tuy nhiên,
thy triều hn tn thể dự đoán đƣợc, vì vậy chúng ta thể lên kế hoch để sử dụng
điện từ c dạng nhà máy đin kc vào các thời điểm khi nhà máy đin thy triều kng
hoạt động.
ớc biển có mật độ lớn hơn 832 lần so với không k và có môi trƣờng kng thể nén
đƣợc. thế, nguồn ng lƣợng mà điện thy triều thcung cấp lớn hơn nhiều so với
nguồn ng ợng mà g cung cấp. Điều đó nga một ng chảy thủy triều vận
tốc 15 km/hơng đƣơng với cơn g vận tốc 390 km/h.
Mực nƣớc triều phụ thuộc vào địa điểm và nó kng giống nhau ở mọi nơi. Ví dụ, thủy
5
triều kng tồn tại ở biển Đen, trong khi tại biển Địa Trung Hải, mc triều thay đổi gần 30
cm. Mặt khác, khối ợngớc di chuyển thực s lớn tại mt snơi thuộc Đại y Dƣơng.
dụ, tại Achentina, mức triều có thể đạt đến 11m. Nhƣng mức triều thay đổi nhiều hơn ở
Canada, Pháp và Anh, đây những nơi mức triều có thể đạt đến gn 14m. vậy, có
nhng nơi việc khai thác loại nh năng ợng y s thành công. Năng ng thủy triều
kng phải là một ki niệm mới, nó đã đƣợc sdụng ít nhất là từ thế k11 tại Anh
Pháp để phục vụ xay xát ngũ cốc.
ng lƣợng thủy triều đƣợc pn loại thành hai nhóm chính:
- Hệ thng ng thủy triều lợi dụng động ng sinh ra do sự chuyển động của c để
quay tuabin. Phƣơng pháp y đang ngày ng trở nên phổ biến do chi phí và c động
sinh thái thấp.
- Nhóm th hai c đập thu triều, lợi dụng thế năng sinh ra do kc bit vđộ cao của
thy triều. Loại này không phbiến lắm do chi p cao và doc vấn đề môi tờng, vì vậy
c nhà đầu tƣ không sẵn sàng đầu tƣ vào loại hình này.
Mặc dùng lƣợng thủy triều cách khai thác năng lƣợng từ biển lâu đời nhất, loi hình
ng lƣợng này không phbiến do một số nguyên nhân nhƣ lƣợngngợng chúng ta thu
đƣợc tc nguồn hiện nay so vớic chi phí môi tờng và kinh tế là kng lợi nhuận.
ng ợng thuỷ triều đƣợc dự đoán spt triển mạnh hơn trong ơng lai và nó có
tiềm ng đƣợc sử dụng đsản xuất điện. Điều dnhận thấy là ng ợng thủy triều khả
ng dđoán cao hơn so với các nguồn năng lƣng kc nhƣ năng lƣợng mặt trời hay thậm
chí là năngợng g, một dạng năng lƣợng có lợi thế lớn hơnc dạng năng lƣợng kc.
1.1.3. Năng lƣợngng chảy đạiơng
ng chảy đạiơng là sự chuyển đng của nƣớc biển. Chúng vận chuyển dọc theo đi
ơng một khối lƣợng lớnớc và năng ợng ới dạng nhiệt của ớc. ng ợng của
c dòng chảy đại dƣơng c động đến nhiệt độ trên nh tinh và đến các vùng k hậu
kc nhau trên thế giới.
c ng chy đạiơng xuất hiện là do g và Mặt trời mngớc ở vùng gầnch
đạo và do sự kc biệt về độ mặn và mt độ nƣớc. Thay vì di chuyển theoc hƣớng khác
nhau, nhƣ thủy triều, các ng chảy đại ơng luôn kng đổi và chảy theo ng một
ớng. Các dòng chảy đại dƣơng luôn trng thái chuyển động và chúng bị c động bởi
g, độ mặn của ớc và nhiệt đ, địa nh đáy đại ơng và chuyển động quay của Ti
đất.
c dòng chảy đại dƣơng chứa một nguồn năngợng to lớn có thể khai thác và chuyển
a tnh dạng thsử dụng đƣợc. Theo ƣớc tính, ch cần khai thác 1/1000 nguồn năng
ợng hiện tại từ Dòng nƣớc ấm Gulf Stream sẽ đáp ứng đƣợc 35% nhu cầu điệnng của
cả bang Florida, Hoa Kỳ. Dòng chảy đại ơng một trong số c nguồn ng ợng i
tạo lớn nhất chƣa đƣợc sử dụng trên Trái đất. Các điều tra sơ bộ cho thấy tiềm ng năng
ợngng chảy đạiơng toàn cầu đạt trên 450.000 MW,ơng đƣơng hơn 550 tỷ USD.
c ng chảy đại dƣơng thƣờng chảy theo chiều kc nhau phụ thuộc vào v trí của
chúng. thế, tại Bắc bán cầu, c ng chảy đại dƣơng thƣờng chiều xon theo chiều