Bước đột phá năng lượng gió: Tuarbin “khủng” ngày càng “khủng” hơn

Các kỹ thuật viên bảo trì một tuốc bin gió tại Izmir, Thổ Nhĩ Kỳ, ngày 19/2/2021. Nguồn: Mahmut Serdar Alakus | Anadolu Agency | Getty Image

Nếu có một từ có thể mô tả ngành năng lượng điện gió, đó là từ “lớn”. Từ những hợp đồng hàng tỷ USD cho đến những trang trại gió rộng lớn có thể cung cấp năng lượng cho hàng triệu gia đình, ngành năng lượng điện gió đã được mở rộng đáng kể trong thời gian qua. Theo báo cáo gần đây của Hội đồng Năng lượng Gió Toàn cầu (the Global Wind Energy Council), ngành này đã lắp đặt công suất mới 93 Gigawatts (GW) trong năm 2020, một con số kỷ lục cho thấy sự tăng trưởng nhảy vọt 50% trong vòng 1 năm.

Trong thập kỷ qua, thị trường năng lượng điện gió gần như đã tăng gấp 4 lần. Cùng với sự tăng trưởng của ngành năng lượng điện gió, các tuốc bin gió ngày càng trở nên to lớn hơn. Ở châu Âu, Cơ quan Năng lượng gió châu Âu (WindEurope) cho biết công suất trung bình của các tuốc bin ngoài khơi lắp đặt trong năm 2020 là 8,2 MW, tăng 5% so với năm 2019.

Nhà sản xuất thay đổi thiết kế. Một số nhà sản xuất thiết bị nguyên bản, OEMs, thông báo kế hoạch phát triển những tuốc bin đời mới, quy mô lớn cho khu vực ngoài khơi. Ví dụ như tuốc bin Haliade-X của công ty Năng lượng tái tạo GE sẽ có chiều cao tới đỉnh 260 m, cánh quạt dài 107 m, đường kính rotor 220 m; công suất sẽ từ 12,13 hoặc 14 MW.

Theo nhà phân tích chính của Wood Mackenzie Shashi Barla, cuộc cạnh tranh trong lĩnh vực này sẽ tiếp tục nóng lên. Tháng 2/2021, công ty Vestas thông báo kế hoạch sản xuất tuốc bin 15 MW, dự định lắp đặt trong năm 2022 và mở rộng sản xuất trong năm 2024. Tuốc bin của Vestas sẽ có cánh quạt dài 115.5 m, đường kính rotor 236 m. Công ty Năng lượng tái tạo Siemen Gamesa (SGRE) đang nghiên cứu mô hình tuốc-bin 14 MW, có thể nâng lên 15 MW khi cần thiết, với cánh quạt dài 108 m, đường kính rotor 222 m.

Những chi tiết cơ bản. Quy mô và kích thước của các thiết kế tuốc bin mới có thể rất ấn tượng, nhưng chúng cũng có ý nghĩa thực tế. Tuốc bin càng cao càng có thể khai thác nhanh hơn tốc độ của gió và sản xuất ra nhiều điện năng hơn. Một nghiên cứu toàn cầu gần đây của Ngân hàng Mỹ (Bank of America) cho rằng cánh quạt tuốc bin trở nên dài hơn trong 5-6 năm qua, làm cho tuốc bin có khu vực “bao phủ” rộng hơn, khai thác được nhiều gió hơn. Quy mô của rotor cũng rất quan trọng. Tăng đường kính rotor sẽ có ảnh hưởng lớn hơn cả việc tăng độ cao tuốc bin, góp phần tăng độ “bao phủ” và khả năng khai thác năng lượng. Kính thước của những bộ phận này không phải chỉ để trình diễn. Các nhà sản xuất hy vọng các tuốc bin lớn hơn sẽ giúp cắt giảm chi phí sản xuất điện quy dẫn (LCOE) trong tổng số chi phí của hệ thống sản xuất năng lượng trong một vòng đời.

Logistics, logistics, logistics. Việc vận chuyển những bộ phận của một tuốc bin cực lớn trên đất liền là một vấn đề đau đầu chính. Cánh quạt không thể gập hoặc bẻ cong trong quá trình vận chuyển, đây chính là vấn đề hạn chế đối với xe tải và đường bộ. Theo Trưởng nhóm nghiên cứu thị trường và chiến lược của Hội đồng Năng lượng Gió Toàn cầu, nhân tố hạn chế lớn nhất không phải là vấn đề kỹ thuật mà là vấn đề hậu cần vận chuyển (logistics); nếu tăng kích thước của các bộ phận trong tuốc bin, chi phí hậu cần vận chuyển sẽ tăng đáng kể, đặc biệt là đối với cánh quạt và trụ của tuốc bin.

Tương lai. Hiện nay, trái đất đang cố gắng giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và đón nhận những năng lượng tái tạo trong đó năng lượng gió đóng một vai trò quan trọng. Chính quyền Tổng thống Mỹ Joe Biden muốn mở rộng công suất điện gió ngoài khơi ở Mỹ từ 42 MW hiện nay lên 30 GW vào năm 2030; trong khi EU đặt mục tiêu ít nhất 60 GW vào năm 2030 và 300 GW vào năm 2050. Liên quan đến tuốc bin, chúng sẽ ngày càng trở nên to lớn hơn, đặc biệt trong lĩnh vực điện gió ngoài khơi. Theo chuyên gia của Wood Mackenzie, chiều cao của tuốc bin gió ngoài khơi thế hệ mới sẽ chạm ngưỡng 300 m trong thập kỷ tới./.

Thanh Bình