MỸ – Năng lượng gió ngoài khơi có tiềm năng cung cấp năng lượng sạch, dồi dào và ổn định cho dân cư ở bờ biển. Một nghiên cứu ước tính các trang trại gió ngoài khơi có thể đáp ứng nhu cầu về điện trên khắp thế giới dự kiến ​​gấp 11 lần vào năm 2040.

Trang trại gió ngoài khơi

Ở bờ Đông nước Mỹ là địa điểm lý tưởng để khai thác nguồn năng lượng gió, nhưng có một vấn đề: đưa nguồn điện từ các trang trại điện gió ngoài khơi đến các thành phố và thị trấn sử dụng điện.

Trong khi mọi người đều muốn có nguồn điện đáng tin cậy trong nhà và doanh nghiệp của mình, thì chỉ một phần nhỏ trong số họ ủng hộ việc xây dựng các đường dây truyền tải cần thiết để có được điện. Đây luôn là một vấn đề, cả ở Mỹ và quốc tế, nhưng nó đang trở thành một vấn đề lớn hơn khi các quốc gia đang nhanh chóng hướng tới các hệ thống năng lượng carbon ròng bằng không sẽ sử dụng nhiều điện hơn.

Bộ Năng lượng Mỹ (U.S. Department of Energy) và 10 tiểu bang trong nhóm Hợp tác truyền tải liên vùng Đông Bắc (Northeast States Collaborative on Interregional Transmission) đang nghiên cứu một giải pháp mang tính chuyển đổi: kế hoạch xây dựng lưới điện ngoài khơi.

Hình minh họa: Làm thế nào một hệ thống truyền tải theo thiết kế backbone ngoài khơi có thể làm giảm số lượng đường dây truyền tải và giao cắt trên đất liền

Cốt lõi của lưới điện này sẽ là các đường dây truyền tải theo thiết kế backbone ngoài khơi Bờ Đông, từ bang Bắc Carolina đến bang Maine, nơi hàng chục dự án điện gió ngoài khơi đang được triển khai.

Các kế hoạch này sẽ đóng góp ít nhất 85 GW (gigawatt) điện gió ngoài khơi vào năm 2050 – gần với mục tiêu của Mỹ là 110 GW điện gió, đủ để cung cấp điện cho 40 triệu ngôi nhà. Nhóm Northeast States Collaborative đã chính thức hóa các mục tiêu của họ vào tháng 7/2024 thông qua biên bản ghi nhớ đa tiểu bang.

Nghiên cứu mới đây từ bộ Năng lượng (Department of Energy), công ty nghiên cứu Brattle và các nhóm khác cho thấy lưới điện ngoài khơi có thể giảm thiểu những vấn đề chính trong việc xây dựng đường dây truyền tải mới trên đất liền và giảm chi phí điện gió ngoài khơi.

Việc cắt giảm chi phí sẽ là tin đáng mừng – chi phí dự án điện gió ngoài khơi đã tăng tới 50% từ năm 2021 đến năm 2023. Trong khi một số nguyên nhân cơ bản đã lắng xuống, chẳng hạn như lạm phát và gián đoạn chuỗi cung ứng toàn cầu, lãi suất vẫn ở mức cao và ngành công nghiệp này vẫn đang cố gắng tìm chỗ đứng tại Mỹ.

Lưới điện ngoài khơi là gì?
Các dự án điện gió ngoài khơi hiện nay sử dụng thiết kế point-to-point (tạm dịch là ‘điểm đến điểm’), hay thiết kế radial (tạm dịch là ‘xuyên tâm’), trong đó mỗi trang trại điện gió ngoài khơi được kết nối riêng lẻ với lưới điện trên bờ.

Phương pháp này hiệu quả nếu một khu vực chỉ có một vài dự án, nhưng nó nhanh chóng trở nên đắt đỏ hơn do hệ thống cáp và các cơ sở hạ tầng khác. Đường dây của hệ thống cũng gây cản trở cho cộng đồng và sinh vật biển. Và nó đòi hỏi phải nâng cấp lưới điện trên bờ tốn kém hơn.

Dạng thiết kế truyền tải điện theo cách phối hợp (truyền tải điện ngoài khơi phối hợp) có thể giúp tránh được nhiều chi phí trên, bộ Năng lượng gọi đó là thiết kế meshed (tạm dịch là ‘hình lưới’) hoặc thiết kế backbone (tạm dịch là ‘xương sống’).

Thay vì kết nối riêng lẻ với đất liền, nhiều trang trại điện gió ngoài khơi sẽ được kết nối với một đường dây truyền tải chung, kết nối với lưới điện trên bờ thông qua các điểm kết nối được bố trí phù hợp. Theo cách này, điện do một trang trại điện gió ngoài khơi sản xuất sẽ được truyền đến nơi cần thiết nhất, dọc theo bờ biển phía Đông.

Một số khu vực dọc theo thềm lục địa Đại Tây Dương đã được cho thuê để phát triển năng lượng gió. Bộ Nội vụ Mỹ (U.S. Department of the Interior), 2024

Hơn thế nữa, điện được tạo ra trên bờ cũng có thể được truyền qua các đường dây chung này để chuyển năng lượng đến nơi cần thiết. Điều này có thể cải thiện khả năng phục hồi của lưới điện và giảm nhu cầu về các đường dây truyền tải mới trên đất liền, vốn nổi tiếng là khó được chấp thuận, đặc biệt là ở Bờ Đông.

Truyền tải điện ngoài khơi phối hợp là một phần trong các cuộc thảo luận ban đầu của Mỹ về quy hoạch và phát triển điện gió ngoài khơi. Vào cuối những năm 2000, khi tập đoàn Google và các đối tác lần đầu tiên đề xuất Atlantic Wind Connection, một dự án truyền tải ngoài khơi, những lợi ích trong cả năng lượng tái tạo ngoài khơi và toàn bộ hệ thống năng lượng đều rất hấp dẫn. Vào thời điểm đó, Mỹ chỉ có một dự án điện gió ngoài khơi quy mô tiện ích trong đường ống nhưng cuối cùng đã không thành công.

Ngày nay, Mỹ có 53 GW dự án điện gió ngoài khơi đang được lên kế hoạch hoặc phát triển. Là những nhà nghiên cứu năng lượng, chúng tôi tin rằng việc truyền tải điện ngoài khơi phối hợp là điều quan trọng để ngành công nghiệp này thành công ở quy mô lớn.

Lưới điện ngoài khơi có thể giúp tiết kiệm chi phí và giảm tác động đến môi trường
Bằng cách cho phép nguồn điện điện từ các trang trại gió ngoài khơi và máy phát điện trên bờ truyền đến nhiều nơi hơn, việc truyền tải điện phối hợp có thể nâng cao độ tin cậy của lưới điện và cho phép dòng điện đến nơi cần nhất. Điều này làm giảm nhu cầu về các nhà máy điện chi phí cao hơn và thường gây ô nhiễm môi trường hơn.

Một báo cáo năm 2024 từ Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia (National Renewable Energy Lab) cho thấy lợi ích chi phí của thiết kế phối hợp cao hơn ba lần so với thiết kế point-to-point tiêu chuẩn.

Các nghiên cứu từ châu Âu, Anh và tập đoàn Brattle đã chỉ ra những lợi ích bổ sung, bao gồm giảm lượng khí thải carbon gây nóng lên toàn cầu, cắt giảm 1/3 số lượng đường băng qua bãi biển và giảm số dặm cáp truyền tải điện cần thiết từ 35% đến 60%.

Ba thiết kế truyền tải điện cho thấy sự khác biệt giữa các hệ thống nội vùng với một số kết nối đất liền và các thiết kế liên vùng và backbone. Ba thiết kế này đã được Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia nghiên cứu trong dự án nghiên cứu truyền tải gió ngoài khơi Đại Tây Dương (Atlantic Offshore Wind Transmission Study).

Tại Mỹ, các đường dây truyền tải ngoài khơi sẽ gần như nằm trong vùng biển liên bang, có khả năng tránh được nhiều xung đột liên quan đến các dự án trên bờ, mặc dù vẫn phải đối mặt với nhiều vấn đề.

Những thách thức và bước tiếp theo
Việc xây dựng lưới điện ngoài khơi sẽ đòi hỏi một số thay đổi quan trọng.

Đầu tiên là thay đổi các ưu đãi của chính phủ. Khoản tín dụng thuế đầu tư liên bang cho điện gió ngoài khơi, bao gồm ít nhất 30% chi phí vốn trả trước của một dự án, hiện không giúp chi trả cho các thiết kế truyền tải điện phối hợp.

Thứ hai, việc lập kế hoạch cần phải tính đến mối quan tâm của mọi người ngay từ đầu. Mặc dù lợi ích chung của các thiết kế truyền tải điện phối hợp lớn hơn tổng chi phí, nhưng ai nhận được lợi ích và ai chịu chi phí mới là vấn đề. Ví dụ, các máy phát điện chi phí hơn có thể kiếm được ít tiền hơn và một số cộng đồng cảm thấy bị đe dọa bởi sự phát triển của điện gió ngoài khơi.

Thứ ba, cần có sự phối hợp chặt chẽ hơn giữa tất cả những người liên quan để phân phối điện đến và đi từ các lưới điện khu vực. Quy định 1920 của Ủy ban Quản lý Năng lượng Liên bang (Federal Energy Regulatory Commission), yêu cầu các nhà cung cấp điện lập kế hoạch cho nhu cầu trong tương lai, có thể đóng vai trò là bản thiết kế, nhưng không áp dụng cho các dự án liên vùng, chẳng hạn như thiết kế backbone truyền tải điện ngoài khơi kết nối hơn một chục tiểu bang trên ba khu vực.

Mỹ đã đạt được một cột mốc quan trọng vào tháng 3/2024 với việc hoàn thành South Fork Wind, trang trại gió quy mô tiện ích đầu tiên của Mỹ, đưa công suất điện gió ngoài khơi của quốc gia này lên gần 200 megawatt. Tám dự án khác đang được xây dựng hoặc được phê duyệt xây dựng. Sau khi hoàn thành, chúng sẽ đưa công suất lắp đặt lên hơn 13 gigawatt, tương đương với 30 nhà máy điện chạy bằng than.

Đường truyền điện chính ngoài khơi có thể hỗ trợ phát triển điện gió ngoài khơi và nhu cầu năng lượng của Bờ Đông cho nhiều thế hệ mai sau.

Để xem các tin bài khác về “Trang trại gió ngoài khơi”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Maritime Executive