|
Năng Lượng Gió
Ngoài năng lượng mặt trời, năng lượng gió là một năng lượng
thiên nhiên mà loài người đang chú trọng đến cho nhu cầu năng
lượng trên thế giới trong tương lai. Hiện nay, năng lượng gió
đã mang đến nhiều hứa hẹn. Tuy nhiên nếu muốn đẩy mạnh nguồn
năng lượng nầy trong tương lai, thế giới cần phải hoàn chỉnh
thêm công nghệ nầy cũng như làm thế nào để đạt được năng suất
chuyển gió thành điện năng cao để từ đó có thể hạ giá thành và
đi sâu vào thị trường cạnh tranh với những nguồn năng lượng
khác.
Từ 5000 năm trước Thiên chúa (TC), loài người đã biết vận dụng
gió để làm lực đẩy các tàu trên sông Nile ở Ai Cập. Vào khoảng
200 trước TC, người Trung Hoa đã biết dùng cánh quạt gió để
dẫn thủy nhập điền. Trong lúc đó người Ba Tư và các dân tộc
vùng Trung Đông dùng quạt gió có trục đứng để xay lúa mì và
các loại hạt.
Vào thế kỷ 11, người Hòa Lan bắt đầu dùng quạt gió để rút nước
từ các hồ vì đất ở đây thấp hơn mặt biển. Vào cuối thế kỷ 19,
khi những người mới nhập cư đến New York, họ đã biết dùng cánh
quạt gió để bơm nước vào nông trại và ngay sau đó có thể biến
gió thành điện cho kỹ nghệ và nhà ở.
Và sau cùng, ở thời điểm 1930, Hoa Kỳ đã có những chương trình
biến gió thành điện năng cho những vùng nông thôn xa thành
phố. Vào năm 1940, tại Vermont Hill (Hoa Kỳ), một turbine lớn
nhất thời bấy giờ có khả năng sản xuất 1,25 MW với vận tốc gió
là 30 dậm/giờ.
Trong thế kỷ 20, năng lượng gió đã trãi qua nhiều giai đoạn
thăng trầm tùy theo tình hình thế giới cũng như nguồn cung cấp
dầu hỏa hay than đá. Ngay sau khi đệ nhị thế chiến chấm dứt,
giá dầu hỏa sụt giảm mạnh do đó công nghệ gió hầu như bị ngưng
trệ hoàn toàn. Nhưng khi nạn khủng hoảng dầu hỏa vào thập niên
70, các turbine gió được chú ý đến và công nghệ nghiên cứu và
phát triển nguồn điện năng nầy lớn mạnh ngay sau đó. Và cho
đến hôm nay, công nghệ gió đã tiến đến mức độ là giá thành của
loại điện năng nầy tương đương với giá thành của các nguồn
điện năng khác như than đá, khí đốt. Và đây cũng là nguồn hy
vọng của thế giới trong tương lai trước vấn nạn hâm nóng toàn
cầu và nguồn nguyên liệu dầu khí đang tên đà cạn kiệt.
Thuận lợi của nguồn năng lượng gió
Nguồn năng lượng nầy đã cho thấy nhiều điểm thuận lợi. Đó là
lý do chính khiến cho sự phát triển tăng nhanh trên thế giới
trong những thập niên gần đây.
Năng lượng gió dựa trên nguyên lý là gió tạo ra sức quây các
turbine và sẽ tạo ra điện năng. Nguồn năng lượng nầy tương tự
như năng lượng mặt trời, vì gió là nguyên nhân của sự hâm nóng
bầu khí quyển quanh mặt trời, do sự chuyển vận của trái đất,
và do mặt đất lồi lõm. Ba yếu tố trên là ba nguyên nhân chính
tạo thành gió. Hiện tại, giá thành của nguồn điện năng nầy
giao động từ 4 đến 6 xu/KW/giờ tùy theo nguồn gió của từng địa
phương. Các thuận lợi khi xử dụng nguồn điện năng nầy là:
- Giúp làm tăng trưởng kinh tế: Các hảng xưởng sản xuất
turbine gió tăng trưởng sẽ tạo thêm việc làm khắp nơi. Theo
ước tính của Hoa Kỳ, kỹ nghệ nầy sẽ tăng 20 ngàn công việc và
tăng thêm lợi tức quốc gia là 1,2 tỷ Mỹ kim cho HK.
- Nguồn nguyên liệu vô tận: Chỉ cần áp đặt 6% trên những vùng
có nhiều gió ở HK cũng có thể cung cấp 150% điện năng của HK
hiện tại căn cứ theo ước tính của Bộ Năng lượng HK.
- Giá thành thấp: Cũng theo ước tính của Bộ Năng lượng HK, vào
năm 2010 giá điện từ năng lượng gió sẽ rẻ hơn bất cứ giá điện
từ các nguồn khác như than, dầu, hay biomass...
- Làm sạch không khí, giảm thiểu hiệu ứng nhà kính: Điện năng
từ gió giúp làm giảm ô nhiễm không khí so với các nguồn điện
năng khác. Chúng không phóng thích khí carbonic, hay các khí
độc như carbon monoxide ảnh hưởng lên môi trường và sức khỏe
người dân.
Bất thuận lợi
Tuy nhiên, điểm bất thuận lợi chính yếu của nguồn năng lượng
nầy là tùy thuộc vào thiên nhiên. Dù công nghệ gió đang phát
triển cao, và giá thành của một turbine gió giảm dần từ hơn 10
năm qua, mức đầu tư ban đầu cho nguồn năng lượng nầy vẫn còn
cao hơn mức đầu tư các nguồn năng lượng cổ điển.
Gió đến từ thiên nhiên cho nên gió không đáp ứng trọn vẹn được
những nhu cầu cần thiết của con người vì con người không thể
kiểm soát được nguồn gió và nguồn điện năng nầy không thể giữ
lại được nguồn điện dư thừa trừ khi chuyển điện qua các bình
điện dự trử rất tốn kém và không hiệu quả kinh tế.
Nguồn gió nhiều và điều đặn thường ở khu vực xa thành phố, do
đó ngoài việc xử dụng tại chỗ, điện năng từ gió khó được
chuyển về các khu đông dân cư. Do đó, trước khi có những biện
pháp nhằm giải quyết các thuận lợi trên, năng lượng từ gió có
thể xem như một nguồn năng lượng dự phòng ngoài các nguồn năng
lượng chính yếu khác.
Dĩ nhiên không có một nguồn năng lượng nào mà không ảnh hưởng
lên môi trường. Trong trường hợp năng lượng gió, ảnh hưởng cần
phải lưu tâm là các turbine gió gây ra tiếng động làm đão lộn
các luồng sóng trong không khí có thể làm xáo trộn hệ sinh
thái của các loài chim hoang dã và làm nhiễu xạ trở ngại chính
cho việc phát tuyến trong truyền thanh và truyền hình (Các bất
thuận lợi nầy đã được giải quyết bằng kỹ thuật làm cánh quạt
mới to và cao hơn hiện tại, do đó quạt sẽ quây chậm hơn, không
làm đão lộn phương hướng di chuyển của chim muông và giảm
thiểu sự biến đổi của hệ sinh thái chung quanh). Tuy nhiên,
những bất lợi nầy không thể phản bác lại một lợi điểm quan
trọng trong việc sản xuất nguồn năng lượng nầy là giảm thiểu
được lượng khí CO2 phóng thích vào không khí, nguyên tố chính
của sự hâm nóng toàn cầu.
Mức xử dụng năng lượng gió trên thế giới
Trên thế giới trung bình mức sản xuất năng lượng từ gió tăng
gấp đôi trong mỗi 3 năm; nhưng trong vòng ba năm vừa qua, mức
tăng trưởng càng tăng nhanh hơn nữa. Lý do là giá dầu thô ngày
càng tăng và không có chỉ dấu chậm việc tăng giá lại trong
tương lai. Theo thống kê, cho đến năm 2000, các quốc gia trên
thế giới đã sản xuất 17.500 MW tương đương với lượng điện năng
tiêu thụ trong một năm của quốc gia Chí Lợi. Đan Mạch với
2.000MW hàng năm, tượng đương với 12% mức tiêu thụ toàn quốc
của quốc gia nầy.
Về giá thành, năng lượng gió có thể so sánh với các loại năng
lượng đến từ các máy phát nhiệt điện. Gần đây nhất, với sự
tiến bộ của công nghệ gió, hiệu năng biến thành điện năng tăng
cao, do đó giá thành ngày càng giảm dần. Trung bình giá thành
để xây dựng một hệ thống điện từ gió là $1.000/KW điện trong
đất liền, và ngoài đại dương là $1.600/KW. Giá thành còn tùy
thuộc vào sức gió của mỗi vùng. Để có một khái niệm về giá
thành của các lọai năng lượng so với năng lượng gió ở các vùng
thưa dân cư xa thành phố là: $0,48/KW/giờ cho năng lượng gió,
và $0,80 KW/giờ cho nguồn năng lượng đến từ dầu diesel (giá
thành ở HK năm 2006).
Hiện tại Cty Southern California Edison (SCE) đã bắt đầu xây
dựng một nhà máy phát điện dùng năng lượng gió ở vùng đồi núi
Tehachapi, phía đông tp Los Angeles. Dự kiến sẽ xử dụng 50 dặm
vuông để lấp đặt hệ thống quạt gió và sẽ khánh thành giai đoạn
I vào năm 2010 với công suất 1.500 MW, lượng điện nặng cung
cấp đủ năng lượng cho một triệu nhà. Khi hoàn tất giai đoạn
II, công suất sẽ tăng lên 4.500 MW, có lượng điện năng tương
đương với bốn nhà máy phát điện hạch nhân.
Tại quốc gia CS Cuba, chính phủ đang cho thiết lập 100 hệ
thống gió, cung cấp tổng cộng khoảng 18 MW, dự trù hoàn tất
vào tháng 7, 2007. Dự án nấy giúp cho Cuba tiết kiệm được
1.300 tấn dầu nhập cảng.
Theo thống kê vào tháng 4, 2005 cho thấy mức xử dụng năng
lượng gió của vài quốc gia trên thế giới như sau: Đức với
16.628 MW, Tây Ban Nha, 8.263 MW, Hoa Kỳ, 6.752 MW, Đan Mạch,
3.118 MW, Ấn Độ, 2.983, Trung Quôc, 764 MW, và Pháp, 390 MW.
Kỹ thuật biến nguồn gió thành điện năng
Như đã nói ở phần trên, gió là một dạng của năng lượng mặt
trời. Luồng gió cũng như cường độ gió tùy thuộc vào mức độ lồi
lõm của mặt đất, mức độ rậm rạp của thực vật trên đất, và diện
tích của ao hồ, biển cả v.v... Con người xử dụng nguồn gió
trong nhiều ứng dụng khác nhau như: chạy thuyền bè, dẫn thủy
nhập điền, và nhất là biến thành điện năng.
Tiến trình chuyển tải nguồn gió qua một turbine để sản xuất ra
nguồn điện năng cần phải qua nhiều giao đoạn: Turbine gió biến
động năng (kinetic energy) thành cơ năng (mechanical energy).
Chính cơ năng nầy sẽ được chuyển thành điện năng qua máy phát
điện. Câu hỏi được đặt ra là làm thế nào để biến các turbine
gió thành điện năng? Thật giản dị, gió làm các cánh quạt xoay
tròn và chuyển động nầy tạo qua điện nhờ một máy phát điện. Từ
đó điện năng đưiợc chuyển tải đi cùng khắp.
Vì lượng gió thổi không đều đặn, cho nên lượng điện nặng cung
cấp bị giao động. Để giải quyết trở ngại trên, các turbine gió
cần được kết hợp chung với các nguồn năng lượng khác để có
được nguồn điện liên tục và cố định. Tại Liên hiệp Âu châu,
những turbine nầy được nối mạng điện toàn Âu châu, nhờ đó
màviệc sản xuất điện được điềi hòa.
Các loại turbine gió
Có hai loại turbine gió căn bản: loại quạt gió có trục ngang
và loại quạt gió có trục đứng còn gọi là turbine Darrieus mang
tên nhà sáng chế Pháp. Loại quạt gió có trục ngang với 3 cánh
quạt được xử dụng rộng rãi ở Hoa Kỳ, và quạt nầy được đặt đối
diện với hướng gió được gọi là “up wind”. Và loại 2 cánh quạt
được đặt cùng chiều với hướng gió gọi là “down wind”.
Một tập hợp turbine gió muốn đạt được hiệu quả kinh tế tối
thiểu phải sản xuất ít nhất là 50 KW, và các tập hợp lớn có
thể cho đến nhiều MW. Các tập hợp turbne nhỏ thường được kết
hợp vớpi các photovoltaic của năng lượng mặt trời để cung cấp
một nguồn điện liên tục và ổn định.
Công nghệ của một turbine gió
Một turbine gió gồm những bộ phận sau:
• Một máy đo vận tốc gió và chuyển kết quả nầy qua một hệ
thống kiểm soát. Các cánh quạt được làm bằng hợp kim nhẹ hay
một loại composite hữu cơ;
• Một hệ thống thắng để có thể ngừng việc xoay vòng của quạt
gió trong trường hợp khẩn cấp hay bảo trì;
• Một hệ thống kiểm soát vận tốc của gió. Hệ thống nầy tự động
ngưng mọi hoạt động của turbine khi vận tốc gió đạt đến 65
dậm/ giờ vì với vận tốc nầy sẽ làm nóng và có thể làm hư máy
phát điện;
• Một hệ thống hộp số có nguyên tắc giống như hộp số xe hơi,
có mục đích làm tăng vận tốc quây của gió từ 30 đến 60
vòng/phút lên 1.200 đến 1.500 v/p để có khả năng phát ra điện.
Đây là phần chính yếu của turbine gió và giá thành của bộ phận
nầy chiếm 75% già thành của toàn hệ thống turbine.
Vì vậy, những nhà nghiên cứu hiện tại cố gắng tìm giải pháp
thay thế khác để có thể biến gió thành điện năng ở những vận
tốc quây thấp mà không cần đến bộ phận nầy;
• Sau cùng, một máy phát điện để dự trữ điện năng từ hệ thống
turbine gió phát ra.
Trường hợp Việt Nam
Đối với Việt Nam, tại các tỉnh vùng duyên hải chạy dài từ Ninh
Thuận đến mũi Né, Bình Thuận là những vùng thuận lợi lớn để
thiết trí các hệ thống turbine gió. Trong một tương lai không
xa, ước tính vào khoảng 30 năm nữa, các nguồn năng lượng cổ
điển như than đá, dầu khí sẽ dần dần bị cạn kiệt; thủy điện sẽ
trở thành một hiểm họa lớn cho môi trường. Trong lúc đó điện
năng từ các lò phản ứng hạch nhân vẫn còn là một khái niệm mơ
hồ cho các nhà làm khoa học Việt Nam. Rốt ráo lại, chỉ còn lại
hai nguồn điện năng sạch và có tính khả thi cao: đó là nguồn
năng lượng mặt trời và năng lượng gió.
Theo kết quả khảo sát của Ngân hàng Thế giới trong Chương
trình đánh giá về năng lượng cho Á Châu, Việt Nam là một quốc
gia có tiềm năng về năng lượng gió cao nhất Đông Nam Á, với
513.360 MW, tức là hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La
khi hoàn tất, và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành
điện Việt Nam năm 2020
Thiết nghĩ, ngay từ bây giờ, đã đến lúc Việt Nam cần phải quan
tâm và bắt đầu xây dựng mạng lưới của hai nguồn điện năng nầy.
Đây là một đầu tư đúng đắn và lâu dài cũng như khá tốn kém.
Nếu không có những chuẩn bị ngay tức khắc, thì cuộc khủng
hoảng năng lượng nhiều phần có thể xảy ra cho Việt Nam trong
tương lai. Với đà gia tăng dân số hiện tại, với nhu cầu phát
triển kinh tế hầu thâu ngắn cách biệt giàu-nghèo so với các
quốc gia lân bang, thêm một lý do nữa để Việt Nam cần phải đẩy
mạnh nguồn sản xuất năng lượng theo cấp số nhân chư không phải
cấp số cộng như hiện nay.
Mai Thanh Truyết
Cuối năm 2006
|
