Điện gió ngoài khơi mở đường cho hydro sạch?

Điện gió ngoài khơi mở đường cho hydro sạch (Ảnh: AFP)

Nền kinh tế hoạt động tốt nhất ở những khu vực có nước không quá sâu và gió mạnh, theo kết quả nghiên cứu gần đây của NREL về “tiềm năng triển khai quy mô lớn các hệ thống chuyển đổi gió ngoài khơi thành hydro ở Mỹ”.

Báo cáo cho thấy hai cấu hình khác nhau có thể được sử dụng để tạo ra hydro sạch bằng gió ngoài khơi.

Khả năng sản xuất hydro với chi phí gần với mục tiêu của Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) về hydro sạch chi phí thấp phụ thuộc nhiều vào công nghệ được sử dụng và địa điểm sản xuất. Các chính sách khuyến khích dự kiến cũng có thể đóng vai trò quan trọng.

Hydro có thể được sản xuất bằng cách sử dụng máy điện phân tách nước - gồm hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy - thành các thành phần riêng lẻ. Một máy điện phân chạy bằng nguồn năng lượng tái tạo sẽ tạo ra nhiên liệu gọi là hydro sạch.

Thông qua sáng kiến Hydrogen Shot, DOE đang dẫn đầu các nỗ lực nhằm giảm chi phí hydro sạch xuống còn 1 USD/kg vào năm 2031. Với mức 2 USD/kg có thể khiến hydro có giá cạnh tranh trong một số ứng dụng so với các phương pháp sản xuất hydro thông thường có lượng carbon cao.

Kaitlin Brunik, kỹ sư nghiên cứu hệ thống hybrid tại NREL và là tác giả chính của bài báo mới, cho biết: “Cả gió ngoài khơi và sản xuất hydro sạch đều là những công nghệ đang phát triển mạnh mẽ và khi kết hợp với nhau có tiềm năng tạo ra và lưu trữ nhiều năng lượng tái tạo cũng như khử carbon trong các lĩnh vực khó điện khí hóa”.

Bà nói thêm: “Việc tiếp tục đầu tư và nghiên cứu về thiết kế và tối ưu hóa ở cấp độ hệ thống và nhà máy có thể thúc đẩy sự tiến bộ công nghệ và giảm chi phí cho các hệ thống này”.

Đồng tác giả nghiên cứu của bà Brunik từ NREL bao gồm Jared Thomas, Caitlyn Clark, Patrick Duffy, Matthew Kotarbinski, Jamie Kee, Elenya Grant, Genevieve Starke, Nick Riccobono, Masha Koleva, Evan Reznicek và Jennifer King.

Nghiên cứu mô tả việc sử dụng các mô phỏng nghiên cứu trường hợp để phân tích tính kinh tế-kỹ thuật của việc sản xuất hydro từ năng lượng gió ngoài khơi vào các năm 2025, 2030 và 2035. Các chuyên gia của NREL đã đánh giá 2 kịch bản dựa vào điện phân bằng gió ngoài khơi và xác định 4 khu vực ven biển đại diện cho các cơ sở kết hợp gió - hydro. Tùy thuộc vào độ sâu của nước tại các địa điểm nghiên cứu, các chuyên gia sẽ xem xét liệu các tuabin sẽ nổi hay được cố định dưới đáy biển.

Nghiên cứu dự đoán rằng đến năm 2030, sự kết hợp của các yếu tố bao gồm chính sách khuyến khích và gió ngoài khơi cố định dưới đáy biển với điện phân trên bờ có thể cho phép sản xuất hydro với chi phí dưới 2 USD/kg. Phân tích này không đưa ra hướng dẫn chính sách cụ thể nhưng cho thấy các giả định sơ bộ trước khi ban hành các quy định đề xuất về tín dụng thuế.

Trong kịch bản đầu tiên, một nhà máy gió ngoài khơi tạo ra điện được truyền qua cáp điện áp cao đến một cơ sở trên bờ. Tại đây đặt một máy điện phân sản xuất hydro từ nước ngọt, một cách tiếp cận thông thường khi kết hợp gió ngoài khơi với điện phân trên bờ.

Ở kịch bản thứ hai, hydro được tách ra từ nước biển đã khử muối tại nhà máy điện gió ngoài khơi, đòi hỏi nhiều cơ sở hạ tầng dưới biển để chứa các thiết bị bổ sung. Hydro sau đó được vận chuyển qua đường ống vào bờ để lưu trữ. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng hiện chưa rõ tính khả thi về mặt kỹ thuật của kịch bản này.

Bà Brunik cho biết: “Việc di chuyển một máy điện phân đến một giàn khoan ngoài khơi để sản xuất năng lượng số lượng lớn là một thách thức mới. Để tận dụng triệt để nguồn điện được tạo ra bởi các trang trại gió ngoài khơi để sản xuất hydro, cần có các máy điện phân lớn cùng với các thiết bị phụ trợ để xử lý nước, lưu trữ và vận chuyển hydro”.

Sản xuất hydro tái tạo ngoài khơi vẫn là một lĩnh vực mới mẻ, đòi hỏi cấu hình sáng tạo để tích hợp tất cả các thiết bị cần thiết với một trang trại gió để vận hành ở quy mô gigawatt.

Ngoài thiết kế công nghệ của các hệ thống này, các chuyên gia còn xem xét nơi nào sẽ phù hợp nhất để đặt hệ thống chuyển đổi gió sang hydro ngoài khơi. Họ đã xem xét các địa điểm nông hơn ở Vịnh Mexico và New York Bight, nơi các tuabin gió có thể được cố định dưới đáy biển, có nguồn tài nguyên gió dồi dào và ở gần ít nhất một trong các trung tâm hydro sạch của DOE sẽ kết nối các nhà sản xuất và người tiêu dùng hydro.

Họ cũng kiểm tra các địa điểm có vùng nước sâu hơn ngoài khơi bờ biển phía bắc California và Vịnh Maine, nơi các tuabin sẽ phải được lắp đặt trên các bệ nổi. Hydro sẽ được lưu trữ trên bờ trong các đường ống ngầm, hang đá hoặc hang muối.

Phân tích dự báo rằng chi phí quy dẫn của hydro (LCOH), bao gồm toàn bộ hệ thống gió, truyền tải điện và hệ thống hydro, có thể thấp nhất ở New York Bight do có công suất gió cao hơn. Vịnh Mexico có con số thấp thứ hai. Việc lựa chọn nơi lưu trữ hydro ảnh hưởng đáng kể đến chi phí, với việc giảm LCOH từ 20% đến 30% tính từ việc sử dụng hang động.

Các chính sách khuyến khích dự kiến cũng là yếu tố giúp giảm chi phí. Nghiên cứu cho thấy các chỉ số đầy hứa hẹn về việc triển khai quy mô lớn các hệ thống sản xuất hydro từ gió ngoài khơi có thể trông như thế nào và sẽ tiếp tục là lĩnh vực được quan tâm khi các công nghệ mới và tốt hơn được phát triển trong lĩnh vực này.

Văn phòng Công nghệ Năng lượng gió của DOE và Văn phòng Công nghệ Pin nhiên liệu và Hydro (HFTO) của Mỹ đã tài trợ cho nghiên cứu này.

Nh.Thạch

AFP