Với chiều cao lớn và những cánh quạt đường kính rộng, tua-bin điện gió hiện là dấu hiệu nổi bật nhất về tiến trình chuyển dịch thế giới từ năng lượng hóa thạch sang nguồn năng lượng tương lai bền vững hơn.

Trong những năm qua, các công ty điện gió khổng lồ trong lĩnh vực năng lượng tái tạo đã phát triển những tua-bin mới khổng lồ, khởi đầu của kỳ nguyên những công trình “siêu kích thước” trên đất liền và ngoài khơi xa.

Những thiết bị khổng lồ này phát triển trên một thiết kế quen thuộc kết hợp tháp trục cao, vỏ bọc và tuabin cánh quạt, nhưng một số công ty đang nghiên cứu những ý tưởng mới, nếu thành công sẽ tạo ra một mô hình trang trại điện gió mang tính cách mạng.

 Hệ thống giàn giáo điện gió nổi đa tua-bin của công ty Wind Catching Systems

Công ty Wind Catching Systems là một trong trong số các doanh nghiệp đang phát triển ý tưởng thiết kế mới. Được thành lập vào năm 2017 và có trụ sở ngoại ô thủ đô Oslo của Na Uy, doanh nghiệp tập trung vào phát triển ý tưởng, được gọi là “nhà máy điện gió nổi trên cơ sở cấu trúc nhiều tuabin điện”. Đó là một cấu trúc giàn giáo liên kết thành một hệ thống, được lắp đặt hàng loạt tua bin điện gió nổi trên mặt biển.

Ý tưởng của hệ thống Windcatcher hướng đến việc tối đa hóa “phát điện từ một khu vực tập trung.” Thiết kế của hệ thống giàn giáo tua-bin điện gió cũng kết hợp với hệ thống sử dụng thang máy để lắp đặt tua-bin và bảo trì thiết bị.

Bức ảnh minh họa cấu trúc thiết kế của Windcatcher rất ấn tượng, tương tự như một bức tường khổng lồ với các tua-bin cánh quạt trên mặt biển.

Quy mô tiềm năng của hệ thống giàn giáo tua bin gió rất lớn. Giám đốc điều hành Ole Heggheim, trong cuộc phỏng vấn với CNBC cho biết, “mô hình hệ thống” có chiều cao 300 mét và chiều rộng 350 mét.

Trong khi phiên bản thương mại lớn của hệ thống Windcatcher sẽ lắp đặt khoảng 126 tua-bin công suất 1 megawatt, ông Heggheim cho biết mô hình thử nghiệm theo kế hoạch có “từ 7 đến 12 tua-bin điện gió”, con số chính xác sẽ được quyết định trong vài tháng tới.

Công ty có kế hoạch mở rộng quy mô dần dần. Trong tình huống xây dựng thí điểm thành công, Heggheim cho biết công ty của ông “rất có thể sẽ xây dựng một hệ thống có công suất trung bình, khoảng 40 megawatt trước khi chuyển sang công suất lớn cho thương mại.”

Công nghệ điện gió nổi ngoài khơi

Tua-bin điện gió nổi ngoài khơi có cấu trúc thiết kế khác với tua-bin điện gió ngoài khơi có trụ đáy cố định được xây dựng lên từ đáy biển.

Một ưu điểm của tua-bin điện gió nổi là các trạm điện có thể được lắp đặt trên vùng nước sâu hơn nhiều so với những tua-bin điện gió đáy cố định. Trong những năm gần đây, các cường quốc kinh tế lớn như Mỹ đặt ra mục tiêu tăng cường lắp đặt các tua-bin điện gió nổi ngoài khơi trên vùng nước sâu.

Các công ty phát triển hệ thống tua-bin điện gió nổi như Wind Catching Systems đang bắt đầu thu hút được sự ủng hộ mạnh mẽ, khi các quốc gia và những tập đoàn kinh tế trên thế giới định hướng giảm lượng khí thải và đạt được mục tiêu trung hòa carbon.

Tháng 6/2022, công ty Wind Catching Systems cho biết đã ký một thỏa thuận chiến lược với tập đoàn ô tô khổng lồ General Motors và cũng được đảm bảo nguồn đầu tư từ GM Ventures.

Wind Catching Systems cho biết, thỏa thuận đầu tư với GM liên quan đến “sự hợp tác chặt chẽ trong lĩnh vực điện gió như phát triển công nghệ, thực hiện dự án, phát triển năng lượng điện gió ngoài khơi, thúc đẩy ứng dụng công nghệ bền vững.”

Ttháng 2 năm 2023, công ty thông báo đã nhận được khoản tài trợ trước dự án trị giá 9,3 triệu krone Na Uy (khoảng 872.500 USD) từ công ty tài chính công nghệ Enova, thuộc sở hữu của Bộ Khí hậu và Môi trường Na Uy. Wind Catching Systems cho biết, khoản tài trợ này sẽ “hỗ trợ kế hoạch triển khai ban đầu hệ thống Wind Catch quy mô đầy đủ.”

“Thông qua giai đoạn tiền dự án, Wind Catching Systems tiếp tục hoàn thiết và khẳng đinh hiệu quả của công nghệ đồng thời ước tính chi phí cho một Hệ thống điện gió quy mô đầy đủ,” công ty cho biết.

Sự quan tâm về các loại chim và tác động môi trường

Trong vài năm qua, sự tương tác giữa các tua-bin điện gió và thế giới tự nhiên là nguyên nhân của rất nhiều cuộc thảo luận và tranh luận gay gắt, một số luận điểm gây trở ngại cho những dự án điện gió quy mô lớn.

Ảnh hưởng đối với loài chim tự nhiên đang là mối quan tâm đặc biệt. Trang web của Hiệp hội Bảo vệ Chim Hoàng gia (RSPB) có trụ sở tại Vương quốc Anh  tuyên bố, mặc dù năng lượng gió “là một trong những công nghệ tái tạo tiên tiến nhất” nhưng các trang trại gió có thể “gây hại cho những loài chim do xáo trộn môi trường sống, gây ảnh hưởng buộc phải di dời, trở thành rào cản cho các đường bay tự nhiên, mất môi trường sống và va chạm.”

Tuyên bố nói thêm “những tác động có thể phát sinh từ một sự phát triển điện gió đơn lẻ và gây ảnh hưởng nặng nề do tích lũy từ nhiều dự án.”

Để giảm thiểu tác động của các cơ sở điện gió ngoài khơi và trên đất liện, tổ chức này nhấn mạnh tầm quan trọng của tiến trình “lập kế hoạch chiến lược, vị trí đặt cơ sở năng lượng tái tạo ở những khu vực ít nhạy cảm nhất và đánh giá tác động sinh thái ngay từ đầu của quá trình phát triển.”

RSPB tuyên bố đang kêu gọi “một phương thức tiếp cận dài hạn và mang tính chiến lược hơn đối với tiến trình phát triển năng lượng gió, mang lại lợi ích cho cả thiên nhiên và khí hậu.”

Trong cuộc phỏng vấn với CNBC, Heggheim cố gắng nhấn mạnh, phương pháp thiết kế hệ thống điện gió nhiều tua-bin của công ty có thể giảm thiểu mọi rủi ro đối với động vật tư nhiên, bao gồm cả chim.

Ông nói: “Chúng tôi có một cấu trúc lớn đằng sau những tuabin, hy vọng rằng đó sẽ là hình ảnh trực quan về chướng ngại vật đối với các loài chim,” đồng thời giải thích rằng, có thể tích hợp các hệ thống phát hiện và xua đuổi ngăn chặn các bầy chim trên cấu trúc hệ thống. Ông tin tưởng rằng hệ thống điện gió nhiều tua-bin có thể tạo ra một nền tảng lành tính cho cuộc sống của các loài chim hoang dã.”

Những thiết kế điện gió cấp tiến và thách thức

Thiết kế của hệ thống Windcatcher cung cấp một góc nhìn mới về khả năng năng lượng gió có thể phát triển, cùng với hàng loạt những ý tưởng khác, được đề xuất trong vài năm qua.

Những ý tưởng mới bao gồm hệ thống Vortex Bladeless’, trạm điện gió cột hình trụ và không sử dụng cánh quạt bên ngoài truyền thống, Kitemill, một thiết kế trạm phát điện từ một hệ thống có nguyên tắc một cánh diều buộc vào trạm phát điện mặt đất. Công ty SeaTwirl đang phát triển trạm phát điện nổi một tuabin trục thẳng đứng.

Trong nhiều thiết kế khác nhau có tiềm năng được hiện thực hóa, nhưng những ý tưởng mới sẽ con phải phát triển trong một thời gian dài trước khi có thể thách thức sự thống trị của các trạm điện gió ngoài khơi hiện nay.

Christoph Zipf, giám đốc báo chí của Hiệp hội công nghiệp điện gió WindEurope, trả lời phỏng vấn CNBC qua email cho biết: “Không nên bỏ qua vai trò của những mô hình tuabin mới và sự đổi mới trong thiết kế tuabin. Rất tốt khi ngành công nghiệp gió tiếp tục khám phá những hướng đi mới và những giải pháp sáng tạo. Nhưng hiện nay, tuabin gió “truyền thống” ba cánh, trục ngang sẽ tiếp tục dẫn đầu.”

Ông lưu ý rằng, những tua-bin truyền thông đang thống trị tất cả “những dự án cạnh tranh” trong lĩnh vực gió ngoài khơi, điện gió nổi và điện gió trên đất liền. Cung cấp sản lượng điện lớn nhất với giá thấp nhất.”

Đột phá trong ngành công nghiệp điện gió là một nhiệm vụ nặng nề, đòi hỏi quy mô đầu tư lớn, thời gian dài và sự kiên nhẫn cao.

Tương tự như những công nghệ trên biển khác, điện gió nổi ngoài khơi đối mặt với rất nhiều thách thức, đặc biệt là các tua-bin điện gió phải làm việc trong môi trường cực kỳ khắc nghiệt.

Mặc dù vậy, CEO Heggheim của Wind Catching Systems rất lạc quan về tương lai. Ông nói: “Chúng tôi chắc chắn sẽ giành được ưu thế công nghệ trong ngành điện gió.” Không thể dự đoán được tương lai của thiết kế này, nhưng nếu thành công, đây có thể là một thiết kế đột phá trong ngành điện gió nổi.