Đột phá trong phát triển tuabin gió nổi khổng lồ ngoài khơi

Mẫu thiết kế tuabin gió nổi khổng lồ ngoài vùng nước sâu của Tập đoàn Năng lượng GE

Các trang trại gió ngoài khơi đóng vai trò ngày càng quan trọng trong tổ hợp năng lượng tái tạo và hiện chúng đang được xây dựng ở khắp các nước trên thế giới. Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều tiềm năng về năng lượng chưa được khai thác từ những cơn gió thổi qua các đại dương.

Tập đoàn GE đang tìm cách khai thác triệt để tiềm năng này thông qua việc phát triển các tuabin gió khổng lồ, có thể hoạt động ở các vùng nước sâu, bằng cách sử dụng các bệ nổi tiên tiến, giúp chúng luôn ổn định khi sóng vỗ mạnh xung quanh.

Phòng nghiên cứu năng lượng tái tạo của GE đã có bước tiến lớn trong lĩnh vực năng lượng gió ngoài khơi, khi công bố tuabin lớn nhất thế giới Haliade-X vào năm 2018. Tuabin khổng lồ này cao 260m, với 3 cánh quạt gió dài nhất từng được chế tạo từ trước đến nay. Haliade-X có thể thu năng lượng nhiều hơn khoảng 45% so với bất kỳ loại tuabin gió nào khác trên thị trường thế giới.

Haliade-X sẽ được đưa vào hoạt động tại trang trại điện gió ngoài khơi lớn nhất thế giới Dogger Bank (ngoài khơi bờ biển nước Anh), cùng đó cũng sẽ đóng vai trò “xương sống” cho trang trại điện gió ngoài khơi Vineyard Wind.

Mỹ gần đây đã phê duyệt dự án trang trại điện gió lớn đầu tiên ngoài khơi Vineyard Wind với công suất 800 MW nằm ở ngoài khơi bờ biển Massachusetts. Dự án trị giá 2,8 tỷ USD là một phần quan trọng trong kế hoạch của chính quyền Joe Biden để phát triển năng lượng tái tạo ở Mỹ.

“Với Haliade-X, tuabin gió nổi ‘khủng’ nhất thế giới, chúng tôi đang bắt đầu khai thác tiềm năng năng lượng gió ngoài khơi các vùng biển ở Mỹ, châu Âu và các khu vực khác trên toàn cầu” - Ông Rogier Blom, người nghiên cứu chính của dự án tuabin nổi của GE cho biết: “Hiện nay, các tuabin gió có đáy cố định được giới hạn ở độ sâu 60m trở xuống. Nhưng với các tuabin nổi, chúng tôi có thể mở rộng phạm vi hoạt động tới các khu vực có độ sâu từ 60m trở lên”.

Các trang trại điện gió nổi đã và đang hình thành trên khắp thế giới, trang trại Hywwind ngoài khơi bờ biển Scotland được đưa vào hoạt động vào năm 2017. Nó có 5 tuabin cao 253m, đều có công suất 30 MW, trong khi một tuabin khác đề xuất sử dụng cho miền trung California sẽ trở thành tuabin bờ biển lớn nhất thế giới với công suất 765 MW.

Dẫu vậy, GE cũng phải đối mặt với những thách thức đặc biệt trong việc phát triển một tuabin nổi dựa trên Haliade-X khổng lồ. Họ đang hợp tác với công ty thiết kế hàng hải Glosten (Mỹ) trong một dự án trị giá 3 triệu USD. Hai bên “hợp sức” thiết kế một tuabin gió nổi, mở ra tiềm năng của các công trình lắp đặt ở vùng nước sâu.

Các tuabin gió ngoài khơi đang sử dụng hiện nay được neo vào đáy biển bằng các cánh dẫn bê tông hoặc thép. Còn các tuabin nổi được neo vào đáy biển thông qua các dây buộc dài. GE và Glosten đang đưa ra giải pháp sử dụng công nghệ bệ chân chống lực căng Pelastar của hãng Glosten. Ngoài ra, GE cũng phát triển hệ thống điều khiển để điều chỉnh các giá đỡ đó khi đang di chuyển để giữ cho tuabin ổn định trong vùng sóng xô gió giật.

“Thiết kế một tuabin nổi cũng giống như đặt chiếc xe buýt lên cột cao, làm cho nó trôi nổi rồi điều khiển ổn định nó trong khi tương tác với sóng và gió. Làm tốt điều này là cả một thử thách về thiết kế và điều khiển”, Blom nói thêm.

Tuabin nổi được đề xuất có trọng lượng nhỏ hơn 35% so với các thiết kế tuabin nổi hiện tại. Bằng cách sử dụng các tuabin nổi khổng lồ lắp đặt ở vùng nước sâu, GE cho biết các trang trại gió ngoài khơi của Mỹ “dư sức” tạo ra hơn 7.000 TWh (terawatt giờ) mỗi năm, gần gấp đôi mức tiêu thụ 4.000 TWh hàng năm của dân Mỹ.

Dự án nghiên cứu phát triển tuabin khổng lồ của GE sẽ kéo dài 2 năm và đã bắt đầu vào tháng 4 năm 2020.

Tập đoàn GE đã trình bày các tiến bộ trong nghiên cứu tuabin nổi khổng lồ tại Hội nghị về đổi mới trong công nghệ ảo Virtual Innovation Summit. Hội nghị nằm trong hoạt động của Cơ quan Nghiên cứu Năng lượng tiên tiến (ARPA-E), diễn ra từ ngày 24 đến 27-5 tại Mỹ.