Khám phá sự khác biệt: Năng lượng gió trên bờ và ngoài khơi

Năng lượng gió là một trong những nguồn năng lượng tự nhiên dồi dào, giá cả phải chăng và đáng tin cậy nhất trong toàn bộ ngành năng lượng tái tạo. Đây cũng là một trong những nguồn năng lượng tái tạo đầu tiên được khai thác, do việc biến đổi động năng (chuyển động) thành năng lượng tiêu hao (điện) đã đóng một vai trò quan trọng trong kỹ thuật từ thời cổ đại. Anh, Đan Mạch, Đức, Thụy Điển và Hà Lan là những quốc gia tiên phong đầu tiên trong lĩnh vực sản xuất điện gió, nhưng trong thập kỷ qua, các quốc gia như Mỹ đã tham gia cùng họ và hiện đang đi đầu trong phong trào này. Hiện nay, có 650,8GW (650,8 tỷ watt) công nghệ điện gió được lắp đặt trên khắp thế giới. Gần 10% trong số này đã được cài đặt chỉ trong năm ngoái .

Năng lượng gió cung cấp nguồn năng lượng tái tạo, sạch. Cả năng lượng gió trên bờ và ngoài khơi đều giúp giảm đáng kể lượng khí thải carbon của chúng ta, và trong khi các trang trại gió trên bờ hiện đang được ưa chuộng như một lựa chọn rẻ hơn, thì tương lai dường như lại ưu tiên ngoài khơi, do không có hạn chế về không gian và việc tạo ra năng lượng ổn định hơn.

Khi xem xét năng lượng gió, có một câu hỏi khiến bạn phải lưu tâm: loại nào tốt hơn, trên bờ hay ngoài khơi? Có nhiều yếu tố khác nhau cần xem xét trong cuộc tranh luận giữa hai phương thức này và việc xác định phương thức nào ưu việt hơn trong các lĩnh vực như năng suất và hiệu quả chi phí là rất quan trọng đối với tương lai của việc lắp đặt điện gió. Các trang trại điện gió trên bờ kêu gọi lắp đặt các tuabin trên đất liền, trong khi các trang trại ngoài khơi yêu cầu các tuabin được lắp đặt trên mặt nước biển, nơi gió có cường độ mạnh hơn.

Điểm giống nhau giữa điện gió trên bờ và ngoài khơi

Trong khi các tuabin gió ngoài khơi khác biệt ở nhiều khía cạnh so với các tuabin trên bờ, cả hai đều hoạt động dựa trên nguyên tắc cơ học giống nhau. Tua bin gió bao gồm các cánh rotor, quay quanh một trục nằm ngang có chứa hộp số và máy phát điện. Khi gió đập vào các cánh của tuabin, buộc chúng quay, động năng được truyền vào hộp số, được đặt bên trong tuabin. Từ đây, hộp số phục vụ để tăng cường chuyển động quay, lần lượt cung cấp năng lượng cho máy phát điện biến động năng này thành điện năng. Cuối cùng, điện được đưa từ tuabin vào lưới điện.

Vật liệu được sử dụng để chế tạo các tuabin gió về cơ bản là giống nhau, cho dù các tuabin đó được lắp đặt ngoài khơi hay trên bờ. Về lý thuyết, các tuabin trên bờ và ngoài khơi có cùng kích thước, và tiếp xúc với tốc độ gió giống nhau, chúng sẽ tạo ra một lượng năng lượng giống nhau.

Sự khác biệt giữa điện gió trên bờ và ngoài khơi

Mặc dù chia sẻ vật liệu và nguyên tắc cơ học, có một số khác biệt rõ ràng giữa hai chế độ năng lượng gió này. Sự khác biệt rõ ràng nhất giữa các tuabin gió trên bờ và ngoài khơi là vị trí của các trang trại. Trên thực tế, phần lớn là do sự khác biệt lớn về địa lý và địa chất giữa đất liền và biển nên có bất kỳ sự khác biệt nào giữa các tuabin và cấu tạo của chúng.

Chi phí lắp đặt các trang trại gió trên bờ thấp hơn đáng kể so với những người tham gia vào các trang trại ngoài khơi, như bạn có thể mong đợi. Các trang trại điện gió ngoài khơi đòi hỏi phải có nền tảng, dây cáp dưới nước, khả năng kết nối và các yếu tố khác như các tính năng an toàn bổ sung, tất cả đều làm tăng chi phí lắp đặt. Hơn nữa, việc bảo trì các trang trại ngoài khơi phải được thực hiện thông qua máy bay trực thăng và tàu viễn dương, về bản chất, chúng đắt hơn so với việc sử dụng các phương án vận chuyển trên đất liền.

Mặt khác, năng lượng gió trên bờ có thể kém dự đoán và đáng tin cậy hơn một chút so với ngoài khơi. Để lắp đặt các trang trại trên bờ đúng cách và cung cấp năng lượng sạch, trước tiên phải nghiên cứu kỹ địa hình và dòng gió mà địa hình đó tiếp xúc, và sau đó mua hoặc thuê đất (tự nó có thể gây ra vấn đề). Tất nhiên, đất đai trước tiên cũng phải có sẵn, và với sự gia tăng dân số toàn cầu đòi hỏi không gian ngày càng tăng cho nhà ở và nông nghiệp, các địa điểm lý tưởng cho các trang trại điện gió thường đã được lựa chọn.

So với các trang trại trên bờ, các trang trại ngoài khơi được hưởng ít rắc rối hơn về sự không nhất quán và sẵn có của năng lượng gió, do đó cung cấp một nguồn điện đáng tin cậy và hiệu quả hơn.

Đánh giá điện gió trên bờ

Chi phí

Năng lượng gió trên bờ tương đối rẻ. Nhờ cơ sở hạ tầng hiện có (để truyền năng lượng), chi phí bảo trì thấp hơn và vật liệu lắp đặt sẵn có, chúng rẻ hơn đáng kể so với các trang trại ngoài khơi. Người ta ước tính rằng những chi phí này sẽ giảm hơn nữa vào năm 2030.

Không gian

Một nhược điểm đáng chú ý của gió trên bờ chỉ đơn giản là nó cần có đất. Để cung cấp luồng gió liên tục cho việc phát điện, các tuabin gió trên bờ phải được đặt ở khoảng cách tối thiểu 150m từ bất kỳ vật cản nào, với và khoảng cách giữa tuabin với tuabin bằng bảy lần đường kính của rotor. Trong một thế giới mà không gian ở mức cao, điều này có thể gây ra các vấn đề thực sự cho các nhà đầu tư năng lượng gió.

Ưu điểm tổng thể

Gió trên bờ là một trong những ngành năng lượng tái tạo phổ biến nhất hiện nay.

• Gió trên bờ có chi phí lắp đặt thấp hơn ngoài khơi, với các nhà đầu tư nhận thấy lợi tức từ khoản đầu tư ban đầu của họ trong vòng ít nhất là hai năm .
• Năng lượng tạo ra có thể dễ dàng được cấp vào lưới điện thông qua các cơ sở hạ tầng hiện có.
• Một tỷ lệ lớn hơn các công ty điện gió chuyên lắp đặt trang trại trên bờ.
• Chi phí bảo trì tương đối thấp.

Nhược điểm tổng thể

Mặt khác, vẫn còn tồn tại một số hạn chế đối với lĩnh vực gió trên bờ.

• Các trang trại gió trên bờ yêu cầu phân tích kỹ lưỡng hơn về tốc độ và dòng điện so với gió ngoài khơi, điều này có nghĩa là thời gian xây dựng lâu hơn.
• Không gian trên đất chắc chắn bị hạn chế hơn do chi phí thuê đất, sự cản trở từ trước và tiềm năng mở rộng đô thị trong tương lai.
• Khả năng phản kháng của công chúng đối với việc lắp đặt các trang trại gió trên bờ có thể cao, đặc biệt là khi quy hoạch xây dựng gần các khu dân cư, do mức độ ô nhiễm về thị giác và tiếng ồn.

Đánh giá điện gió ngoài khơi

Chi phí

Giá lắp đặt gió ngoài khơi có thể cao hơn 20% so với trên bờ. Điều này phần lớn là do thiếu cơ sở hạ tầng truyền tải năng lượng hiện có trên biển, các vật liệu bổ sung cần thiết cho mục đích an toàn và các thách thức kỹ thuật khác, bao gồm cả việc bảo trì máy móc trên biển. Tuy nhiên, tính đến năm 2019, chi phí điện gió ngoài khơi đã giảm 32% so với năm 2018, với chi phí trên mỗi MWh ước tính vào khoảng 78 đô la. Đến năm 2038, người ta dự đoán rằng năng lượng gió ngoài khơi sẽ có giá cả phải chăng như nhiên liệu hóa thạch.

Không gian

Một trong những lợi ích chính của các trang trại điện gió ngoài khơi là hầu như không có giới hạn về không gian mà chúng có thể được lắp đặt. Với điều kiện chúng được lắp đặt cách đất liền ít nhất 200 hải lý và được xây dựng cách đáy đại dương 50ft, chúng có thể được dựng lên ở hầu hết mọi nơi mà không gặp vấn đề gì. Hơn nữa, khả năng tiếp xúc của chúng với gió đều ổn định hơn và nhìn chung là mạnh hơn so với tốc độ gió tương đối không đáng tin cậy được tìm thấy trên đất liền.

Ưu điểm tổng thể

Trong khi các trang trại điện gió trên bờ phổ biến hơn trong ngành xây dựng năng lượng tái tạo mới nổi, gió ngoài khơi tiếp tục được hưởng một số lợi ích lớn, khi so sánh với trên bờ.

• Không có ràng buộc về không gian, các trang trại điện gió ngoài khơi yêu cầu quy hoạch lập pháp ít hơn nhiều và dành ít thời gian để xác định tốc độ và mức độ tiếp xúc của gió, vì gió trên đại dương mở là nhất quán và hiện tại một cách đáng tin cậy.
• Các trang trại gió ngoài khơi có tiềm năng tạo ra lượng điện cao hơn nhiều, nhờ khả năng tiếp xúc với gió nhanh hơn và ổn định hơn.
• Không có khiếu nại về ô nhiễm hình ảnh hoặc tiếng ồn liên quan đến các trang trại gió ngoài khơi.
• Các tuabin gió ngoài khơi có thể được tạo ra lớn hơn gấp hai hoặc ba lần so với tuabin trên bờ, nhờ vào không gian gần như vô hạn và không có lực đẩy công cộng. Các tuabin lớn hơn có xu hướng có nghĩa là hiệu quả chi phí cao hơn trong xây dựng và sản xuất năng lượng tổng thể lớn hơn.

Nhược điểm tổng thể

Trong khi điện gió ngoài khơi được hưởng những ưu điểm, thì tất nhiên cũng có những nhược điểm.

• Chi phí truyền tải và lắp đặt năng lượng có thể cao hơn 20% so với chi phí liên quan đến gió trên đất liền.
• Có bằng chứng cho thấy rằng các trang trại điện gió ngoài khơi có thể tác động tiêu cực đến cả hệ động thực vật bay và dưới nước.
• Các trang trại gió ngoài khơi yêu cầu bảo trì vừa khó thực hiện vừa tốn kém hơn so với việc bảo trì các trang trại trên bờ.
• Sau một sự cố tiềm ẩn, thời gian phục hồi năng lượng ở ngoài khơi có thể cao hơn so với các trang trại điện gió trên đất liền.

Phần kết luận

Như hiện tại, năng lượng gió trên bờ dường như là một lựa chọn tiết kiệm chi phí hơn so với ngoài khơi, nhờ chi phí bảo trì, lắp đặt và nguyên vật liệu đều thấp hơn. Tính đến năm 2020, giá mỗi MWh ở mức thấp nhất là 20 đô la cho các trang trại gió trên bờ, trong khi đối với việc phát điện tương tự ở một trang trại ngoài khơi, các nhà đầu tư có thể phải trả giá gần gấp bốn lần. Tuy nhiên, các dự báo cho thấy rằng trong vài thập kỷ tới, giá gió ngoài khơi có thể giảm xuống dưới giá nhiên liệu hóa thạch.

Mặc dù xu hướng đối với gió trên bờ trong thị trường ngày nay, có một số yếu tố hạn chế (có thể hạn chế nghiêm trọng) liên quan đến các trang trại trên bờ. Thứ nhất, gió trên đất liền kém tin cậy, mạnh và ổn định hơn so với ngoài khơi. Tất nhiên còn có vấn đề về thuê mặt bằng và đất đai, cũng như những lời phàn nàn về ô nhiễm tiếng ồn và thị giác từ các cộng đồng gần đó, có thể gây ra vấn đề trong quy hoạch và phát triển các trang trại trên bờ.

Khi dân số thế giới tiếp tục tăng và không gian có sẵn trên đất liền giảm, có vẻ như một khi chi phí lắp đặt các trang trại điện gió ngoài khơi giảm, chúng sẽ vượt qua gió trên đất liền như một phiên bản sản xuất điện gió khả thi nhất, hiệu quả và tiết kiệm chi phí nhất.