|
Ảnh 1. Cấp điện cho thành phố New York. Dự án thí điểm RITE triển khai các tuabin thủy động trên sông East. Trong giai đoạn này, Verdant Power đã làm việc với Công ty điện lực Con Edison để kết nối dàn tuabin này với hệ thống phân phối của Con Edison để các hộ tiêu thụ thành phố New York nhận được điện từ năng lượng thủy triều. Mũi hòn đảo Roosevelt nằm ở góc xa bên phải.
|
Dự án năng lượng thủy triều đảo Roosevelt (Roosevelt Island Tidal Energy - RITE) gồm nhiều giai đoạn đang gây nhiều sự chú ý trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Công ty Verdant Power, trụ sở ở New York, đã khởi động dự án RITE nhằm thương mại hóa “Hệ thống dòng chảy tự do” (Freee Flow System) thủy điện động học của họ với việc triển khai các tuabin ba cánh trong dòng triều và dòng sông chảy xiết để phát điện.
Qua dự án RITE giai đoạn 2: Trình diễn, kéo dài từ năm 2006 đến năm 2008, Verdant Power đã chứng minh rằng Hệ thống dòng chảy tự do thế hệ thứ 4 (Gen4) có thể hoạt động thành công như một nguồn năng lượng tái tạo có hiệu quả. Sử dụng 6 tuabin kích thước thật, hệ thống này cung cấp 80 MWh điện năng nối lưới từ dòng triều của sông East cho các hộ tiêu thụ thành phố New York, chất lượng điện hoàn toàn đảm bảo (Ảnh 1).
Tháng 3/2011, tạp chí POWER đã phỏng vấn ông Trey Taylor, người đồng sáng lập và chủ tịch của Verdant Power, và ông Aaron Hernandez, phụ tá của ông Ronald Smith, người đồng sáng lập và Giám đốc điều hành công ty.
Công tác chuẩn bị cho RITE giai đoạn 3: Mở rộng hiện đang triển khai. Theo ông Taylor, Verdant Power bắt đầu bằng việc tháng 12 năm 2010 vừa qua nộp đơn lên Ủy ban Điều tiết Năng lượng Liên bang (FERC) xin cấp phép triển khai thí điểm. Nếu được chấp thuận, Verdant Power sẽ được phép phát triển dự án RITE trong kênh East của sông East thành một hệ thống dòng chảy tự do thế hệ 5 (Gen5) công suất 1 MW, gồm 30 tuabin và cung cấp thương mại điện năng phát ra cho các hộ tiêu thụ tại địa phương. Theo dự kiến, sản lượng trung bình mỗi năm của dự án RITE giai đoạn 3 sẽ lên tới 2.400 MWh.
|
Ảnh 2. Chuẩn bị cho dự án thí điểm. Công nhân thi công ở giai đoạn đầu của dự án RITE giai đoạn 2, kéo dài từ năm 2006 đến năm 2008. Qua dự án này, Verdant Power chứng minh được rằng hệ thống dòng chảy tự do thế hệ 4 của họ có thể hoạt động thành công như một nguồn năng lượng tái tạo hiệu quả.
|
Ông Taylor nói với tạp chí POWER rằng “Người dân địa phương trên đảo Roosevelt khẳng định họ muốn có dự án điện này ở sân sau nhà họ! Người dân gọi khu vực bao quanh sông East của thành phố New York là “con hẻm hen xuyễn”. Họ biết rằng dự án RITE là sự khởi đầu của việc làm sạch khúc sông và khu vực này của thành phố.”
Hệ thống thủy động làm việc như thế nào?
Các hệ thống thủy động mà Verdant Power sử dụng dùng tuabin ngầm dưới nước để phát ra năng lượng sạch từ các dòng chảy của thủy triều, sông và kênh nhân tạo (Các ảnh 2, 3 và 4). Từ trên bờ không nhìn thấy được hệ thống này.
Với thiết kế đơn giản và ở dạng môđun, các hệ thống này có thể mở rộng qui mô để sản xuất điện hiệu quả về chi phí ở các vị trí rất khác nhau, kể cả đặt trực tiếp trong khu dân cư. Hệ thống có ít bộ phận chuyển động nên chi phí vận hành và bảo trì cũng thấp hơn. Ngoài ra, do không cần đập, công trình ngăn dòng, hoặc các công trình dân dụng lớn khác, nên hệ thống ít tác động tới cộng đồng và môi trường và có chi phí vốn ban đầu thấp hơn, khía cạnh này khiến cho hệ thống đặc biệt thích hợp để sử dụng ở các nước đang phát triển.
Dòng chảy cung cấp nguồn năng lượng tái tạo có thể dự đoán được, cho dù không phải là không đổi. Đây là một lợi thế của công nghệ thủy động học so với các hệ thống năng lượng gió và mặt trời cung cấp điện không liên tục do nhiều yếu tố thay đổi hằng ngày tùy theo thời tiết và sáng tối.
Ông Taylor nói: “Verdant Power dự đoán rằng hệ thống đặt trên sông của họ cuối cùng sẽ đạt được hệ số công suất 60% đến 70%, xấp xỉ gấp đôi so với các hệ thống điện gió và mặt trời.”
Tổng quan về dự án
Taylor cho biết mặc dù một vài công ty khác đã lắp đặt các tổ máy thủy động đơn lẻ, nhưng RITE giai đoạn 2 hoàn thành vẫn là dự án dàn máy phát điện thủy triều nối lưới đầu tiên và duy nhất trên thế giới.
Ông Hernandez cho biết Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) tài trợ một phần để tiến tới thế hệ 5, cụ thể là thiết kế và thử nghiệm cánh tuabin bằng composit mới có sự hợp tác của Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL) của DOE, Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia, và Phòng thí nghiệm St. Anthony Falls thuộc Trường đại học Minnesota. Tài trợ chính để phát triển dự án RITE là do Cơ quan Nghiên cứu và Phát triển Năng lượng bang New York và và Công ty Phát triển Kinh tế thành phố New York cấp.
Ông Hernandez nói: “Verdant Power đã nhận được chỉ thị đặc biệt của Ủy ban Điều tiết Năng lượng Liên bang (FERC)
|
Ảnh 3. Cẩu máy. Công nhân công ty Verdant Power chuẩn bị tuabin để sẵn sàng lắp đặt dưới dòng sông East. Do không cần đập, công trình ngăn dòng, hoặc các công trình dân dụng lớn khác, nên hệ thống thủy động chỉ tác động ở mức tối thiểu tới cộng đồng và môi trường, chi phí vốn ban đầu thấp hơn.
|
mang tên là ‘Chỉ thị Verdant’, chỉ cho phép các công ty thủy động được kết nối lưới điện trong giai đoạn thử nghiệm. Do vậy công ty chúng tôi đã làm việc với công ty điện lực Con Edison kết nối với hệ thống điện phân phối của họ để khách hàng của Verdant Power nhận được điện năng thủy triều một cách suôn sẻ. Điện thủy triều là nguồn năng lượng phân bố, rất tin cậy và có khả năng dự đoán cao.”
Tuabin thủy động thế hệ 5 của Verdant Power đã được tối ưu hóa để chế tạo thương mại hiệu quả về chi phí, tương thích với môi trường, và tuổi thọ cao. Cánh tuabin kiểu mới được chế tạo bằng vật liệu composit (FRP), có thể dễ dàng thay đổi kích thước để sử dụng tại các địa thế thủy triều và dòng sông khác nhau (Ảnh 5). Ngoài những cải tiến này, tuabin Gen5 còn có các đặc điểm sau:
• Mayơ đúc bằng gang dẻo.
• Hộp bánh răng tích hợp kết hợp vỏ trục/ổ trục/chèn.
• Bộ hãm an toàn sự cố.
• Bộ chèn trục động và tĩnh có độ dư thừa dự phòng.
• Hệ thống sơn phủ chống bám cáu không độc.
• Quy trình chế tạo kiểm soát chất lượng và đảm bảo chất lượng thương mại tiên tiến.
Theo ông Taylor, các tuabin này có thể cung cấp điện cho phụ tải nền, và khi lắp đặt trong dòng sông, chúng có thể phát điện lên lưới do có hệ số công suất cao, ước tính khoảng từ 60% đến 70% trong cả ngày và đêm. Tuabin có phanh an toàn, tự động tác động khi xảy ra sự cố máy phát điện, dây cáp, hệ thống điều khiển, mạch kết nối, hoặc bản thân lưới điện. Phanh cũng có thể điều khiển bằng tay thông qua tín hiệu điều khiển từ xa trên bờ để cách ly bất kỳ máy phát điện nào. Chế độ này rất hữu ích trong quá trình thử nghiệm bàn giao và khi tiến hành công tác bảo trì.
|
Ảnh 4. Hạ máy xuống. Tuabin được chuyển đến vị trí để lắp đặt trong lòng sông East. Trong các sơ đồ lắp đặt trong lòng sông, tuabin thủy động có thể phát điện lên lưới do có hệ số công suất cao, ước tính vào khoảng từ 60% đến 70% trong cả ngày đêm.
|
Công trình được thiết kế để tự vận hành, không cần có người trông coi. Việc bảo dưỡng và sửa chữa sẽ được thực hiện bằng cách tháo từng tuabin khỏi khung neo kiểu trọng lực, thay nó bằng một tuabin mới, và đưa tuabin cũ lên bờ để sửa chữa, bảo trì, nâng cấp, và phục hồi. Việc tính toán thời gian và bố trí nhân viên hỗ trợ cho các hoạt động bảo dưỡng sẽ được tối ưu hóa cho từng công trình cụ thể. Tuổi thọ dự kiến của các tuabin ở dự án sông East sẽ nằm trong khoảng từ 20 đến 25 năm, công tác bảo trì thực hiện 5 năm một lần.
Vấn đề tài chính của dự án RITE
Theo ông Taylor, tổng chi phí dự kiến để xây dựng và lắp đặt giai đoạn 3 với công suất tổng là 1 MW sẽ nằm trong khoảng từ 18 đến 20 triệu USD. Chi phí cho các dự án trong tương lai dự kiến sẽ chỉ bằng một nửa đến một phần ba con số đó, thậm chí còn thấp hơn đối với các dự án bên ngoài nước Mỹ.
Ước tính giá thành điện năng, ông Taylor nói: “Giá thành điện thủy động sẽ nằm trong khoảng từ 6 cent đến 10 cent/kWh. Như vậy có phần lợi hơn so với than có giá thành sản xuất điện cũng nằm trong khoảng này.”
Lãnh đạo công ty Verdant Power đang tiến hành lựa chọn khách hàng mua điện năng sản xuất ra từ dự án của họ ở Mỹ. Một số dự án thủy động ở nước ngoài đang đạt thành công lớn trong việc bán điện năng, và đó là sự khích lệ lớn với công ty Verdant Power.
Ông Taylor nói: “Đối với dự án RITE của chúng tôi tại thành phố New York, chúng tôi vẫn đang thảo luận về việc mua bán điện năng phát ra. Đối với các tuabin thủy triều đang thử nghiệm tại Trung tâm Năng lượng biển châu Âu ở Orkneys (Scotland, Anh), công ty ScottishPower (Scotland, Anh) sẽ mua điện năng. Và ESB Independent Energy của Ailen sẽ mua điện năng sản xuất từ dự án Marine Current Turbines tại Strangford Lough (Bắc Ailen, Anh).”
|
Ảnh 5. Theo dòng chảy. Các cánh mới được chế tạo bằng vật liệu composite (FRP) và có thể dễ dàng thay đổi kích thước để sử dụng cho các địa thế thủy triều và dòng sông khác nhau.
|
Ưu điểm của địa điểm sông East
Ông Taylor giải thích rằng kênh East của sông East tại thành phố New York đặc biệt thuận lợi do dòng thủy triều mạnh và cho phép hệ số công suất tốt (30%). Hơn nữa, tàu có mớn nước sâu đi theo kênh West của sông East, do đó tàu bè đi lại không phải là vấn đề đối với dự án RITE giai đoạn 2.
Ông Taylor nói: “Tiềm năng sông East lên tới 10 MW. Tuy nhiên, vấn đề tàu bè đi lại phải được tính nếu mở rộng dự án vượt trên mức đã lên kế hoạch 1MW công suất lắp. Hiện nay chưa có thời gian biểu xác định cho việc bổ sung công suất tiềm năng này.”
Ông nói thêm rằng thách thức kỹ thuật duy nhất còn lại đối với địa điểm sông East, cũng như đối với mọi địa điểm, là tìm ra được phương cách hiệu quả về chi phí để triển khai và đưa hệ thống thủy động về nơi bảo trì.
Biến động dòng chảy của sông do lượng mưa thấp hoặc lũ lụt không ảnh hưởng đến dự án RITE. Ông Taylor giải thích rằng “sông East là kênh thủy triều nên không bị ảnh hưởng.” Lãnh đạo công ty Verdant Power lựa chọn các con sông sau khi đánh giá kỹ lưỡng các nguồn lực, có tính đến các yếu tố biến thiên, cụ thể là các biến động theo mùa.
Ứng phó với các mối quan ngại về môi trường và an ninh
Ông Taylor nói: “Sau nhiều năm theo dõi bằng các hệ thống thủy âm và rađa siêu âm kỹ thuật đỉnh cao, bằng chứng thực nghiệm cho thấy sáu tuabin được lắp đặt (dự án RITE, giai đoạn 2: Trình diễn) chỉ tác động ở mức tối thiểu tới môi trường” đối với loài chim và loài cá. “Sẽ tiến hành theo dõi bổ sung trong giai đoạn phát triển dự án thí điểm công suất 1 MW để nghiên cứu mọi tác động bất kỳ do dàn máy lớn hơn gây ra.”
Ông Taylor giải thích rằng để xúc tiến dự án giai đoạn 3 đã được đề xuất, phải được cấp liên bang, cấp bang và cấp thành phố phê duyệt. Nếu được chuẩn y, các phê duyệt này sẽ nêu các thông số vận hành, bao gồm cả kế hoạch toàn diện về theo dõi môi trường cần được tiến hành trong suốt giai đoạn phát triển của dự án.
Theo ông Taylor, về vấn đề an ninh, các tuabin được trang bị cảm biến có thể đọc theo thời gian thực từ khắp nơi trên thế giới. Ngoài ra, các tuabin nằm dưới nước và không nhìn thấy được nên không phải lo nhiều về thách thức an ninh. Ông chỉ ra rằng “các biển thông báo và phao neo quanh nơi đặt tuabin để nhắc nhở các du thuyền tránh xa khu vực này.”
Dự báo lạc quan
Công ty Verdant Power có kế hoạch phát triển nhiều vị trí mới. Tuy nhiên, ông Taylor đã bình luận cảnh báo rằng công ty ông có thể phải ra nước ngoài mới có thể thúc đẩy công nghệ của mình, “bởi vì ở Mỹ chưa có khuyến khích kinh tế để đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp này.”
Tuy nhiên, ông lạc quan rằng thời cơ đang đến với năng lượng thủy động. Cụ thể ông mô tả cách mà dự án RITE có thể cấp điện cho lưới điện dùng cho các trạm nạp điện cho xe ôtô chạy điện, nhờ đó giảm phát thải khí nhà kính. Hơn nữa theo ông Taylor, tuabin thủy động sẽ tạo việc làm trong ngành chế tạo, lắp ráp, triển khai, thu hồi, dịch vụ, và bảo trì: “Theo ước tính, cứ chế tạo 1 GW tuabin thủy động sẽ tạo ra hơn 1.500 việc làm thời gian toàn phần.”
Ông Taylor nói: “Năng lượng thủy động, loại hai chiều (thủy triều) và một chiều (sông và kênh nhân tạo) gộp lại, có thể cung cấp ít nhất 12 GW công suất lắp đặt ở Mỹ trong vòng 10 năm tới, với điều kiện thủ tục cấp phép và cho phép được hợp lý hóa. Về lâu dài, với những tiến bộ trong công nghệ thủy động học, công suất lắp đặt có thể vượt quá 60 GW.”