Nhật Bản chạy đua sản xuất điện gió với công nghệ mới

Các tập đoàn điện và năng lượng Nhật Bản cũng ra sức đầu tư vào năng lượng gió ở trong và ngoài nước. Họ cũng kết hợp với trường đại học để nghiên cứu các công nghệ điện gió ngoài khơi mới, điện từ thủy triều và dòng hải lưu. Cũng có đề xuất sửa luật để đưa các dự án điện gió ngoài khơi vốn nằm trong vùng lãnh hải cách bờ khoảng 20km ra đến vùng đặc quyền kinh tế cách đất liền 370km.

Turbin điện gió trục nổi yêu cầu nền tảng nhỏ hơn so với turbin nổi thông thường, chi phí lắp đặt rẻ hơn turbin nổi thông thường và turbin cố định.

Điện gió trục nổi

Một nguyên mẫu có công suất đầu ra 20kW sẽ được đặt ngoài khơi để kiểm tra hiệu suất và xác định các vấn đề kỹ thuật. Một mô hình 5MW sẽ bắt đầu thử nghiệm thực địa vào khoảng năm 2026. Mục tiêu là phát triển một mô hình có công suất đầu ra khoảng 15MW để thương mại hóa vào năm 2032.

Công ty điện lực J-Power đã và đang phát triển tuabin trục nổi với startup điện gió Albatross Technology có trụ sở tại Tokyo và Đại học Osaka kể từ năm tài chính 2020. Ba công ty khác – Tokyo Electric Power Co. Holdings, Chubu Electric Power và hãng tàu biển Kawasaki Kisen Kaisha – gần đây đã đồng ý tham gia dự án.

Không giống như tuabin kiểu cối xay gió thông thường, mô hình trục nổi hoạt động giống như một hình trụ thẳng đứng quay tròn được đẩy bởi ba cánh quạt bên ngoài đón gió. Bộ phận trục nổi sẽ được neo vào đáy đại dương bằng dây xích, cho phép xây dựng trang trại điện gió ngoài khơi ở những nơi có độ sâu từ 100 mét trở lên.

Nhật Bản không phù hợp với các tuabin điện gió ngoài khơi được cố định vào các móng đặt dưới đáy biển vì nước này chủ yếu được bao quanh bởi các vùng nước sâu ven biển. Theo ước tính của Viện Nghiên cứu công nghiệp điện lực trung ương Nhật Bản, hơn 40% diện tích lãnh hải của Nhật Bản phù hợp với các tuabin nổi hơn là các tuabin cố định.

Hệ thống ma trận gồm 100 turbin điện gió có thể tạo công suất 2OMW.

Tuabin trục nổi không cần đặt trên vật nổi có diện tích rộng. Thay vào đó, nó sử dụng một cơ thể nhỏ bên dưới bề mặt chứa đầy nước biển và giữ cho toàn bộ thiết bị thẳng đứng. Các cánh quạt và máy phát điện nằm gần mặt nước, giúp duy trì sự cân bằng.

Mô hình trục nổi cũng nhỏ hơn so với máy phát điện gió ngoài khơi thông thường, giảm chi phí vì ít tốn vật liệu xây dựng. Các nhà nghiên cứu Nhật Bản cho rằng mô hình mới có công suất tương tự như các trụ điện gió cố định.

Vị trí của máy phát điện gió gần mặt nước, dễ tiếp cận sửa chữa hơn so với các cột điện cao có khi đến 300 mét, vì thế phí bảo trì thấp hẳn. Tuabin trục nổi có thể được đưa đến một trang trại điện gió được đúc sẵn và sẵn sàng để thả nổi. Quá trình này loại bỏ nhu cầu sử dụng cần cẩu, rút ngắn thời gian xây dựng.

Tua bin 20kW sử dụng cánh quạt 10 mét, trong khi tuabin 5MW sẽ sử dụng cánh quạt 110 mét. Tuabin nổi có thể để nghiêng với góc 20% để phát điện tối đa.

Tại châu Âu, startup SeaTwirl của Thụy Điển đang thử nghiệm tuabin gió trục thẳng đứng thu nhỏ. Phía Nhật Bản mong muốn kết hợp năng lực kỹ thuật của Albatross với các nguồn lực doanh nghiệp và trường đại học để tăng tốc độ phát triển các máy phát điện gió nhỏ hơn và có chi phí cạnh tranh hơn.

CEO Hiromichi Akimoto của Albatross cho biết: “Chúng tôi muốn giới thiệu các tuabin điện gió trục nổi do Nhật Bản sản xuất ra thị trường trong nước và quốc tế”. Trang tin công nghệ F6S nói rằng Albatross là hãng công nghệ chuyên biệt về các loại hình năng lượng tái tạo từ đại dương, gồm tuabin điện gió nổi ngoài khởi, tuabin điện từ dòng hải lưu và bộ chuyển đổi năng lượng sóng biển.

Công ty có kế hoạch tăng cường sử dụng sợi carbon để sản xuất cánh quạt và các bộ phận khác. Đây là một thế mạnh công nghệ của Nhật Bản. Tuabin cho các tổ máy Albatross 20kW sẽ được cung cấp từ Fukui hãng Fibertech chuyên sản xuất nhựa gia cố sợi. Các nền tảng khác sẽ do Mirai Ships sản xuất.

Turbin điện gió trục nổi yêu cầu nền tảng nhỏ hơn so với turbin nổi thông thường, chi phí lắp đặt rẻ hơn turbin nổi thông thường và turbin cố định.

Chạy đua điện gió với châu Âu và Trung Quốc

Nhật Bản ban đầu dẫn đầu thế giới về tuabin gió nổi với một dự án trình diễn ngoài khơi tỉnh Fukushima vào năm 2013. Nhưng Nhật Bản đã không theo kịp các đối thủ trong phát triển và thương mại hóa công nghệ. Hiện các dự án có quy mô lớn trên 1GW đều xuất hiện ở châu Âu.

Chuyên gia phát triển bền vững Chihiro Terasawa tại Viện Nghiên cứu Mitsubishi cho rằng: “Để giảm chi phí, Nhật Bản cần tạo ra các chuỗi cung ứng tuabin điện gió nổi với quy mô lớn. Chúng ta thiếu cơ sở hạ tầng để nhanh chóng thiết kế và xây dựng số lượng lớn các nền tảng nổi”.

Ngày càng nhiều các doanh nghiệp và trường đại học Nhật Bản tập trung đầu tư và nghiên cứu các công nghệ điện gió ngoài khơi mới.

Tuần trước, tập đoàn điện Tokyo Electric Power Co. Holdings (TEPCO) thông báo dự định đầu tư 1.000 tỉ yen (7 tỉ đô la) cho các dự án năng lượng tái tạo vào năm tài khóa 2030, với công suất mới 6-7MW. “Chỉ riêng với gió ngoài khơi, chúng tôi muốn phát triển 2- 3MW bao gồm trong và ngoài nước”, Chủ tịch của hãng con TEPCO Renewable Power nói với Nikkei Asia.

Đại học Kyushu cùng với startup Riamwind tại Fukuoka đã phát triển một thiết kế tuabin như một tấm mành treo thu năng lượng gió với 100 tuabin nhỏ. Hệ thống ma trận trên thực tế có cao 230 mét và rộng 280 mét với 100 tuabin xếp theo định dạng 10×10. Hệ thống này có thể tạo ra 20MW.

Còn tập đoàn năng lượng Kyushu Electric Power của Nhật Bản sẽ cùng hãng năng lượng tái tạo Bluenergy Solutions của Singapore thử nghiệm sản xuất điện từ thủy triều ở ngoài đảo Pulau Satumu, cách đảo chính của Singapore 14km về phía nam.

Đưa điện gió ra vùng đặc quyền kinh tế

Để tăng số lượng các địa điểm ngoài khơi thực sự có thể được sử dụng, luật mới cần phải được thông qua trong khi chờ giải quyết các rào cản kỹ thuật và chi phí, Nikkei Asia bình luận.

Trung Quốc hiện đang chiếm vị thế áp đảo trên thị trường năng lượng tái tạo với 6/10 các hãng sản xuất tuabin điện gió đứng đầu thế giới, 10/10 các hãng sản xuất panel điện mặt trời lớn nhất thế giới. Reuters nói Trung Quốc hiện đầu tư gần 50% tổng vốn đầu tư cho năng lượng tái tạo trên toàn cầu.

Tính đến cuối năm 2021, châu Âu đã biến gió ngoài khơi trở thành nguồn năng lượng tái tạo chính, công suất lắp đặt khoảng 27,8GW. Riêng Trung Quốc đạt khoảng 26,3 GW. Trong khi đó, Nhật Bản gần như bằng không và các nhà sản xuất trong nước đã rút khỏi việc phát triển và sản xuất tuabin gió và các sản phẩm khác.

Nhật Bản đang xem xét mở rộng địa điểm của các trang trại gió ngoài khơi từ bên trong vùng lãnh hải đến vùng đặc quyền kinh tế (EEZ) của Nhật Bản nhằm tái khởi động ngành công nghiệp điện gió.

Hiện tại, các trang trại gió ngoài khơi được giới hạn trong vùng lãnh hải cách bờ biển khoảng 22km. Các nhà lập pháp Nhật đề nghị mở rộng giới hạn đến vùng đặc quyền kinh tế nằm cách bờ biển 200 hải lý, tương đương khoảng 370km.

Châu Âu đã có các trang trại gió ở các vùng đặc quyền kinh tế. Hà Lan, Anh và Bỉ đều có một số tuabin điện gió ngoài khơi được cố định dưới đáy biển thuộc vùng đặc quyền kinh tế của mình. Tại châu Á, Hàn Quốc có kế hoạch giới thiệu tuabin gió nổi trên biển tại khoảng 20 địa điểm.