Kể từ năm 2010, năng lượng gió đã chứng kiến sự tăng trưởng bền vững trên toàn thế giới, với lượng năng lượng được tạo ra bởi gió ngoài khơi tăng lên gần 30% mỗi năm. Các quốc gia trên thế giới cần tăng cường cung cấp năng lượng tái tạo một cách nhanh chóng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và giảm nhanh khí thải. Bất chấp sự cấp bách này, gió ngoài khơi hiện cung cấp ít hơn 1% nguồn cung cấp điện của thế giới.
Nhiều vị trí nước nông chính để xây dựng các trang trại gió đang được phát triển. Nhưng tiềm năng của gió ngoài khơi vẫn chưa được khai thác, theo biểu đồ công suất lắp đặt trên toàn thế giới dưới đây.
Năng lực gió trên bờ và ngoài khơi
Key: gió ngoài khơi = xám nhạt, và gió trên bờ = xám đậm. IRENA, tác giả cung cấp
Lý do cho tiềm năng chưa được khai thác này là 80% gió thổi liên tục ra xa bờ - trong nước sâu hơn 60 mét, nơi các tuabin nhúng dưới đáy biển rất khó để xây dựng.
Giải pháp có thể là nổi các trang trại gió ngoài khơi. Vì vậy, những gì giữ chúng lại?
Gió nổi ngoài khơi
Tất cả đều có một số tuabin gió ngoài khơi hiện có được gắn vào đáy biển bằng một nền tảng cố định - chủ yếu là một cọc ống thép lớn chuyển tiếp đến cột tuabin phía dưới đáy biển. Những cái gọi là tuabin đáy cố định được giới hạn ở độ sâu nước 50 hoặc 60 mét.
Nhưng các dự án gần đây, bao gồm Cơn gió ngoài khơi Scotland và Gió ngoài Bồ Đào Nha, cho thấy rằng có thể xây dựng các tuabin gió nổi. Một tuabin sáu megawatt duy nhất - giống như những cái được sử dụng trong trang trại Hywind - có thể tạo ra đủ điện để cung cấp năng lượng cho 4,000 ngôi nhà ở Anh.
Nhưng để cung cấp điện gia dụng tương đương cho dân số toàn cầu 9 tỷ bởi 2050 sẽ cần một cái gì đó như nửa triệu tuabin gió ngoài khơi - tăng gấp 100 lần so với số hiện tại - cộng với công suất bổ sung để cung cấp điện cho nhu cầu năng lượng trong tương lai.
Thật không may, trong khi các trang trại gió nổi là khả thi về mặt kỹ thuật, chúng không khả thi về mặt kinh tế. Làm bất cứ điều gì ngoài khơi là đắt tiền. Để xây dựng một trang trại gió cố định một gigawatt, chi phí hoàn thành khảo sát địa điểm cần thiết là trong khu vực 15 triệu bảng Anh. Cài đặt và vận hành trang trại sẽ vào khoảng 650 triệu bảng, trong khi chi phí vận hành và bảo trì liên tục sẽ vào khoảng 75 triệu bảng mỗi năm. Vào cuối đời, có thể là khoảng 25 năm, cần thêm 300 triệu bảng để ngừng hoạt động.
Các trang trại gió nổi, vẫn còn trong những ngày đầu thiết kế và công nghệ của họ, thậm chí còn đắt hơn. Trong khi đó, giá cung cấp năng lượng gió ngoài khơi vào năm 2019 dao động trong khoảng từ 36 đến 45 bảng mỗi MWh điện, các phiên đấu giá hiện tại cho gió nổi có giá hơn hai lần số tiền đó.
Cấu trúc ngoài khơi cũng rất lớn. Tua bin sáu megawatt của Hywind có đường kính 154 mét - mỗi lưỡi dao có cùng chiều dài với sải cánh máy bay A380. Tua bin 10 megawatt của Siemens Gamesa có đường kính cánh quạt là 193 mét, trong khi Tua bin năng lượng tái tạo 15 megawatt của Phòng thí nghiệm Quốc gia Hoa Kỳ có đường kính 240 mét. Xây dựng, cài đặt, vận hành, giám sát, bảo trì và ngừng hoạt động cơ sở hạ tầng của quy mô này, trong đại dương, không phải là một nhiệm vụ tầm thường.
Hai trong số năm tuabin được sử dụng trong trang trại gió nổi đầu tiên trên thế giới, Hywind Scotland. Terje Aase / Shutterstock
Trong khi các công ty năng lượng thường xây dựng xa ngoài biển, một tuabin gió nổi duy nhất tạo ra ít năng lượng hơn so với một giàn khoan dầu hoặc khí ngoài khơi. Trong suốt vòng đời hoạt động, tùy thuộc vào kích thước của cả hai cấu trúc, nó có thể nằm trong phạm vi ít hơn 1,000 lần. Vì vậy, rất nhiều cơ sở hạ tầng là cần thiết cho cùng một năng lượng năng lượng từ năng lượng tái tạo. Đưa một tuabin gió ngoài khơi ra ngoài biển và giữ nó ở đó cần phải trở nên rẻ hơn rất nhiều để phù hợp với chi phí sản xuất năng lượng từ dầu hoặc khí đốt ngoài khơi.
Rất nhiều điều có thể học được từ kỹ thuật ngoài khơi truyền thống để giúp chuyển đổi sang năng lượng tái tạo. Nhưng việc giảm chi phí cần thiết không thể đạt được bằng cách thực hiện nhiều hơn như vậy, hoặc tăng cường hiệu quả của các phương pháp và công nghệ hiện có.
Giải pháp công nghệ
Đó là lý do tại sao nó có thể sẽ sử dụng các công nghệ mới để làm cho các trang trại gió nổi có hiệu quả chi phí. Ví dụ, sử dụng robot và công nghệ tự trị khác để kiểm soát các hoạt động kỹ thuật ngoài khơi - từ điều tra đáy biển đến vận hành, kiểm tra và bảo trì tuabin gió nổi - có thể giảm rủi ro cho công nhân và kiểm soát hiệu quả hơn các hệ thống phức tạp này.
Việc kiểm tra định kỳ các trang trại gió ngoài khơi của người dân sẽ không thực tế đối với những phát triển rộng lớn đang được xây dựng ngày nay và chắc chắn cho những kế hoạch trong tương lai. Các cảm biến thông minh được tích hợp trong tất cả các bộ phận của một trang trại gió nổi có thể liên tục đánh giá cách thức cấu trúc thay thế.
học máy - sử dụng dữ liệu để dạy máy tính tự đưa ra quyết định - có thể được sử dụng để cho chúng tôi biết mỏ neo hiệu quả nhất trong quá trình thiết kế hoặc nếu một dây neo có thể có nguy cơ bị hỏng trong quá trình vận hành.
Đã có, học máy có thể sử dụng dữ liệu thời tiết để kiểm soát vị trí của các cánh tuabin, để tối đa hóa lượng năng lượng mà chúng tạo ra hoặc ngăn ngừa thiệt hại trong gió lớn hoặc bão. Phương pháp mới kết hợp vật lý với học máy có thể đưa ra dự đoán đáng tin cậy với ít dữ liệu hơn, điều này hữu ích ở ngoài khơi nơi dữ liệu có thể khó thu thập.
Khi chính phủ Anh bắt đầu yêu vào loại cải tiến công nghệ có thể giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu, gió ngoài khơi là cảng đầu tiên. Với sự đầu tư vào công nghệ của tương lai, các trang trại gió nổi có thể giúp tăng thêm năng lực tái tạo của đất nước và thế giới.
Susan Gourvenec, Chủ tịch Học viện Kỹ thuật Hoàng gia về Công nghệ Mới nổi - Kỹ thuật Đại dương Thông minh & Đàn hồi, Đại học Southampton
Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.
Sách liên quan
Giải ngân: Kế hoạch toàn diện nhất từng được đề xuất để đảo ngược sự nóng lên toàn cầu
của Paul Hawken và Tom Steyer
Trước nỗi sợ hãi và sự thờ ơ lan rộng, một liên minh quốc tế gồm các nhà nghiên cứu, chuyên gia và nhà khoa học đã cùng nhau đưa ra một loạt các giải pháp thực tế và táo bạo cho biến đổi khí hậu. Một trăm kỹ thuật và thực hành được mô tả ở đây, một số người nổi tiếng; một số bạn có thể chưa bao giờ nghe nói Chúng bao gồm từ năng lượng sạch đến giáo dục các cô gái ở các nước thu nhập thấp hơn đến các hoạt động sử dụng đất kéo carbon ra khỏi không khí. Các giải pháp tồn tại, có hiệu quả kinh tế và các cộng đồng trên toàn thế giới hiện đang ban hành chúng với kỹ năng và quyết tâm. Có sẵn trên Amazon
Thiết kế các giải pháp khí hậu: Hướng dẫn chính sách cho năng lượng carbon thấp
của Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Với những tác động của biến đổi khí hậu đã gây ra cho chúng ta, nhu cầu cắt giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính trên toàn cầu là không kém phần cấp bách. Đó là một thách thức khó khăn, nhưng các công nghệ và chiến lược để đáp ứng nó vẫn tồn tại ngày nay. Một bộ nhỏ các chính sách năng lượng, được thiết kế và thực hiện tốt, có thể đưa chúng ta vào con đường hướng tới một tương lai các-bon thấp. Hệ thống năng lượng rất lớn và phức tạp, vì vậy chính sách năng lượng phải được chú trọng và tiết kiệm chi phí. Phương pháp tiếp cận một kích thước phù hợp với tất cả đơn giản là sẽ không hoàn thành công việc. Các nhà hoạch định chính sách cần một nguồn lực rõ ràng, toàn diện để vạch ra các chính sách năng lượng sẽ có tác động lớn nhất đến tương lai khí hậu của chúng ta và mô tả cách thiết kế tốt các chính sách này. Có sẵn trên Amazon
Đây Changes Everything: Chủ nghĩa tư bản vs khí hậu
bởi Naomi Klein
In Đây Changes Everything Naomi Klein lập luận rằng biến đổi khí hậu không chỉ là vấn đề khác được nộp gọn gàng giữa thuế và chăm sóc sức khỏe. Đó là một báo động kêu gọi chúng tôi sửa chữa một hệ thống kinh tế đã làm chúng tôi thất bại theo nhiều cách. Klein xây dựng một cách tỉ mỉ trường hợp làm thế nào để giảm lượng khí thải nhà kính một cách ồ ạt là cơ hội tốt nhất của chúng tôi để đồng thời giảm bất bình đẳng, tưởng tượng lại các nền dân chủ bị phá vỡ của chúng tôi và xây dựng lại nền kinh tế địa phương bị cắt đứt. Cô vạch trần sự tuyệt vọng về ý thức hệ của những người từ chối biến đổi khí hậu, những ảo tưởng lộn xộn của những người theo chủ nghĩa địa lý và sự thất bại bi thảm của quá nhiều sáng kiến xanh chính thống. Và cô ấy chứng minh chính xác lý do tại sao thị trường không khắc phục được và không thể khắc phục khủng hoảng khí hậu mà thay vào đó sẽ làm mọi thứ tồi tệ hơn, với các phương pháp khai thác cực kỳ nghiêm trọng và gây tổn hại về mặt sinh thái, kèm theo chủ nghĩa tư bản thảm họa tràn lan. Có sẵn trên Amazon
Từ Nhà xuất bản:
Mua hàng trên Amazon để giảm chi phí mang lại cho bạn InsideSelf.comelf.com, MightyNatural.com, và ClimateImpactNews.com miễn phí và không có nhà quảng cáo theo dõi thói quen duyệt web của bạn. Ngay cả khi bạn nhấp vào một liên kết nhưng không mua các sản phẩm được chọn này, bất kỳ thứ gì khác bạn mua trong cùng một lượt truy cập trên Amazon đều trả cho chúng tôi một khoản hoa hồng nhỏ. Không có chi phí bổ sung cho bạn, vì vậy hãy đóng góp cho nỗ lực. Bạn cũng có thể sử dụng liên kết này sử dụng cho Amazon bất cứ lúc nào để bạn có thể giúp hỗ trợ những nỗ lực của chúng tôi.
