Tương lai nào cho năng lượng thủy triều?

Mặt trăng trông rất hiền hòa và thơ mộng, nhưng có một tác động mạnh trên trái đất. Thủy triều là do sức hút của mặt trăng. Sự lên xuống của thủy triều tạo nên một năng lượng rất lớn, gọi là năng lượng thủy triều. Năng lượng ấy không làm ô nhiễm môi trường, tái tạo được và luôn luôn hiện diện.

Tại sao có thủy triều

Thủy triều là sự di chuyển lên xuống của nước biển theo mặt trăng. Theo một định luật trong vật lý thì hai vật trong vũ trụ đều hút nhau với một lực gọi là lực hấp dẫn. Định luật này được gọi là định luật vạn vật hấp dẫn của Newton (Newton’s law of universal gravitation) để vinh danh nhà bác học Newton, người đã khám phá ra định luật này vào thể kỷ thứ 17.

Định luật vạn vật hấp dẫn phát biểu là lực hấp dẫn giữa hai vật thể tỷ lệ với khối lượng của hai vật thể đó và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai vật thể. Nói một cách đơn giản là vật thể có khối lượng càng lớn thì lực hút càng mạnh và càng xa nhau thì sức hút càng yếu.

Mặt trời và mặt trăng có đều có sức hút tác động lên các vật thể trên trái đất. Nhưng thủy triều lên xuống là do mặt trăng vì mặt trăng rất gần trái đất. Lực hấp dẫn của mặt trăng tạo nên một lực gọi là lực thủy triều (tidal force). Lực này làm cho nước biển dâng lên phía gần nhất và phía xa nhất với mặt trăng, gây ra thủy triều cao. Một ngày có hai lần thủy triều cao và hai lần thủy triều thấp. Một chu kỳ như vậy chính ra là 24 giờ 50 phút chứ không phải đúng một ngày. Vì đó là thời gian mặt trăng quay đúng một vòng quanh trái đất.

Vì các lục địa ngăn trở sự lưu thông của nước biển nên không phải chỗ nào trên thế giới cũng đều có thủy triều lên xuống giống như nhau. Có chỗ chỉ có một lần thủy triều cao và một lần thủy triều thấp trong một ngày như ở Vịnh Mexico. Có chỗ sự chênh lệch thủy triều cao thấp rất ít, có chỗ rất nhiều. Ở Châu Âu chỗ thủy triều chênh lệch nhau nhiều nhất (tới 15 mét) là tại vùng biển quanh tòa lâu đài Mont Saint-Michel. Đây là một thắng cảnh nối tiếng và sự kiện đặc biệt về thủy triều cũng là điểm hấp dẫn du khách thập phương.

Các phương thức khai thác năng lượng thủy triều

Có hai loại năng lượng thủy triều, một là động năng (kinetic energy) và hai là thế năng (potential energy). Động năng là năng lượng do sự chuyển động của dòng nước, cũng giống như năng lượng gió là do sự chuyển động của không khí. Vì nước dày đặc hơn không khí rất nhiều nên tác động của nó cũng lớn hơn. Thế năng là năng lượng sinh ra bởi sự khác biệt của chiều cao của thủy triều cao và thủy triều thấp. Có ba phương pháp để khai thác năng lượng thủy triều.

Dòng thủy triều

Đây là phương pháp dùng động năng của thủy triều. Cũng như những tua bin dùng cho năng lượng gió, tua bin có thể để dưới nước trong dòng thủy triều để phát sinh điện. Vì nước dày đặc nên tua bin thủy triều không cần phải to lớn như tua bin gió và dòng nước cũng không cần phải chảy nhanh như luồng gió. Vì thủy triều xảy ra rất đều và theo một chu kỳ cố định nên tua bin thủy triều cung cấp điện cũng rất đều và bảo đảm. Tuy nhiên phải khảo sát môi trường để sao cho sinh vật chung quanh đó không bị ảnh hưởng.

Đập chắn nước

Đập chắn nước là phương pháp dùng thế năng của thủy triều. Đập được xây trong vịnh hay cửa sông.Khi nước biển dâng lên thì cửa đập được mở để nước tràn vào. Khi thủy triều lên tới đỉnh cao thì cửa đập được đóng lại. Khi thủy triều rút xuống thì nước biển ở ngoài thấp và ở trong đập thì cao tạo ra một sự sai biệt về độ cao của nước biển. Nước được cho thoát ra qua một ống có tua bin. Nước chảy qua tua bin làm cho tua bin quay và sinh ra điện.

Phương pháp dùng đập chắn nước có ảnh hưởng lớn đến môi trường chung quanh. Thí dụ đập chắn nước ngăn chặn sự di chuyển ra vào của cá.

Đầm phá thủy triều (tidal lagoon)

Phương cách đầm phá thủy triều cũng tương tự như đập chắn nước nhưng nhỏ hơn. Đầm phá có thể là một vùng nước bao bọc bởi thiên nhiên hay nhân tạo. Đầm phá không ngăn chặn cả dòng sông hay cửa sông mà chỉ được xây dựng phần có thủy triều cao.

Đầm phá thủy triều có ít ảnh hưởng đến môi trường. Cá vẫn có thể bơi vòng qua. Tuy nhiên điện phát sinh ra theo phương pháp này khá thấp.

Lợi ích của sự khai thác năng lượng thủy triều

– Chắc chắn: năng lượng mặt trời phải tùy thuộc ngày mưa hay nắng và năng lượng gió cũng tùy thuộc ngày có gió hay không. Nhưng thủy triều mỗi ngày đều lên xuống hai lần chắc chắn như mỗi ngày mặt trời đều mọc, nên năng lượngthủy triều thì rất bảo đảm không bao giờ không có.
– Sạch: năng lượngthủy triều không đốt nguyên liệu hóa thạch (fossil fuel) để tạo ra năng lượng mà chỉ khai thác sự lên xuống của thủy triều nên không làm ô nhiễm môi trường.
– Tái tạo: mặt trăng và đại dương còn đó thì năng lượng thủy triều còn. Hôm nay dùng, ngày mai vẫn còn để tiếp tục dùng.
– Nhỏ gọn: vì nước dày đặc hơn không khí nên một trạm phát điện dùng năng lượng thủy triều không chiếm nhiều chỗ như trạm phát điện dùng năng lượng gió.

Khuyết điểm của sự khai thác năng lượng thủy triều

– Đắt tiền: hiện tại giá tiền để xây dựng hệ thống khai thác năng lượng thủy triều còn khá đắt. Hy vọng trong tương lai nếu có nhiều công trình về năng lượng thủy triều thì giá thành sẽ hạ xuống. Hơn nữa có thể có những phát minh mới làm cho công nghệ năng lượng thủy triều rẻ hơn.
– Ảnh hưởng tới đời sống sinh vật: thí dụ cá có thể bị hạn chế không ra vào tự do khi xây đập chắn nước.
– Giới hạn: chỉ có những quốc gia giáp bờ biển mới có thể khai thác năng lượng thủy triều.
– Khó tăng thêm: vì thủy triều tùy thuộc thiên nhiên nên khó mà có thể gia tăng được.

Phát triển năng lượng thủy triều trên thế giới

Ở Hoa Kỳ chưa có trạm phát điện dùng năng lượng thủy triều, lý do là sở phí còn cao hơn những phương pháp phát điện khác. Nhưng trên thế giới thì đã có nhiều quốc gia đã và đang phát triển công nghệ khai thác năng lượng thủy triều.

Trạm phát điện Usine marémotrice de la Rance ở cửa sông Rance ở Brittany, Pháp Quốc được khánh thành vào năm 1966 là trạm phát điện dùng năng lượng thủy triều đầu tiên trên thế giới. Trạm này với công suất 240 megawatts (MW) là lớn nhất trên thế giới cho tới năm 2011. Khi đó Nam Hàn khánh thành nhà máy điện Sihwa Lake Tidal Power Station dùng năng lượng thủy triều và có công suất 254 MW.

Nhật Bản, Trung Quốc, Ái Nhĩ Lan và nhiều nước khác cũngcó những dự án để nghiên cứu cách khai thác năng lượng thủy triều tại nước mình.

Kết luận

Năng lượng thủy triều là một nguồn năng lượng chắc chắn, sạch và tái tạo được, nhưng chưa được phát triển nhiều vì giá thành còn cao hơn các phương pháp phát sinh điện khác như đốt nguyên liệu hóa thạch. Hy vọng sẽ có những phát minh đột phá để làm giá thành giảm xuống và công nghệ năng lượng thủy triều được phát triển mạnh.

Tags: