Đại dương và những nguồn năng lượng vô tận

Trước tình trạng nguồn năng lượng trên trái đất ngày càng cạn kiệt và nguy cơ rủi ro của năng lượng hạt nhân nhiều quốc gia trên thế giới đang tập trung đầu tư vào các nguồn năng lượng sạch từ đại dương.

 

Đại dương được xem như một hệ động học, được đặc trưng bởi các quá trình vật lý và các tác động qua lại giữa các yếu tố như sóng biển, dòng chảy, thủy triều, sự chênh lệch nhiệt độ và độ muối nước biển. Các yếu tố động lực và quá trình đó đã cho biển và đại dương những nguồn năng lượng sạch và dồi dào mà người ta gọi chung là năng lượng biển. Các nhà khoa học dự tính toàn bộ năng lượng biển ước khoảng 152,8 tỷ kw, lớn gấp hàng trăm lần năng lượng mà toàn bộ động thực vật cần để sinh trưởng trên trái đất..

 

Nguồn năng lượng từ sóng biển
Sóng biển chứa đựng nguồn năng lượng rất lớn. Từ hơn 100 năm trước, con người đã dùng sóng biển để phát điện. Phương pháp tạo ra dòng điện từ sóng biển là dùng máy phát điện đặt nổi trên mặt biển như một cái bơm đặt nằm ngang, pít-tông nối liền với phao, tùy theo sóng biển lên xuống mà pít-tông cũng chuyển động lên xuống, biến động lực của sóng biển thành động lực của không khí bị nén. Không khí bị nén dưới áp suất cao phụt qua miệng phun của tuabin làm cho máy phát điện hoạt động. Khi đó, năng lượng của sóng biển đã chuyển thành điện năng. Phát điện bằng năng lượng sóng biển không tốn một chút năng lượng “khởi động” nào, lại không gây ô nhiễm môi trường, do đó nó là một nguồn năng lượng sạch, hy vọng sẽ giúp giải quyết nguy cơ thiếu năng lượng của toàn thế giới.

Sóng biển - nguồn năng lượng vô tận từ đại dương

Nguồn năng lượng từ thủy triều
Năng lượng thủy triều của toàn thế giới theo các nhà khoa học ước chừng khoảng 3 tỷ kw. Nguyên lý phát điện thủy triều tương tự như nguyên lý phát điện thủy lực, tức là lợi dụng sự chênh lệch mức nước triều lên xuống để làm quay động cơ và máy phát điện. Ở những vùng có biên độ triều tương đối lớn, người ta xây đê ngăn nước có nhiều cửa tạo thành một hồ chứa nước và trong đê lắp tổ máy phát điện bánh xe nước. Khi nước triều lên cao bên ngoài một cửa nào đó thì cửa đó mở ra, nước biển chảy vào hồ chứa, dòng nước vào làm quay bánh xe thủy động, kéo theo làm quay máy phát điện để phát điện. Khi nước triều rút xuống thì cửa nói trên đóng lại và cánh cửa khác mở ra, nước từ hồ chứa chảy ra biển và dòng nước lại làm quay máy tải động. Cứ như thế, trạm điện thủy triều không ngừng phát điện.

 

Nguồn năng lượng từ dòng chảy
Các dòng chảy lớn trên biển thường chảy theo một hướng tương đối ổn định và có lưu lượng lớn, do đó ẩn chứa một nguồn năng lượng rất lớn. Theo tính toán của các nhà khoa học, tổng năng lượng tiềm năng của dòng chảy biển và đại dương lên đến 5 tỷ kw. Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều phương án thiết kế phát điện dòng chảy chuyên dụng, như phương án tập trung dòng chảy dưới dạng “dù”, dạng liên kết dòng chảy, dạng máy chân vịt, dạng vòng cung, dạng cô-ri-ô-lít…Dạng “dù” là dùng nhiều dù nối với nhau và mắc vào một bánh xe được gắn cố định vào đuôi tàu neo trên biển. Dòng chảy mạnh sẽ dẫn động cho dù xòe ra giống như gió mạnh kéo căng dù. Dây nối các dù lại làm bánh xe gắn ở tàu chuyển động và chuyển động không ngừng. Thông qua hệ thống bánh xe răng cưa sẽ làm tăng tốc chuyển động nhiều cấp để gia tăng tốc độ quay, và cuối cùng làm máy phát điện để sinh ra điện. Còn dạng cô-ri-ô-lit là dùng bánh xe nước phát điện cỡ lớn. Các máy phát điện loại này được buộc chặt bằng các sợi dây cố định dưới đáy biển, do vậy chúng nổi bồng bềnh trong biển và dòng điện sẽ dẫn qua cáp điện để đưa lên bờ.

 

Nguồn năng lượng từ sự chênh lệch độ mặn
Ở những khu vực có sự chênh lệch độ mặn lớn, đặc biệt như vùng cửa sông đổ ra biển, từ sự chênh lệch độ mặn này có thể tạo ra một nguồn năng lượng mới mà hiện nay con người chưa khai thác.

 

Để khai thác nguồn năng lượng này, các nhà khoa học đưa ra phương án, bao gồm một cấu trúc hệ thống phát điện trong đó có một tháp thủy áp, phía trên hở, phía dưới kín. Phía bên của tháp là bể chứa nước ngọt, phía đối diện là bể chứa nước mặn, ngăn cách giữa chúng là màng thẩm thấu được chế tạo đặc biệt. Do nồng độ muối trong nước ngọt và nước biển khác nhau, tạo ra một áp lực thẩm thấu khá lớn và nước ngọt không ngừng thấm qua màng thẩm thấu sang phía bể chứa nước mặn vốn đã đầy nước biển, khiến cho cột nước trong tháp thủy áp dâng cao. Cột nước dâng cao đến một mức nào đó sẽ theo đường ống chảy ra ngoài và đổ xuống làm bánh xe nước quay và tạo ra nguồn điện.

 

Nguồn năng lượng từ sự chênh lệch nhiệt độ nước biển
Nhiệt độ lớp bề mặt và lớp sâu ở biển nhiệt đới và cận nhiệt đới chênh lệch nhau có thể tới 250C. Đây là nguồn năng lượng cực kỳ to lớn mà con người muốn khai thác sử dụng. Theo các nhà khoa học, tiềm năng của loại năng lượng này có thể khai thác ước tính đến 50 tỷ kw.

 

Nguyên lý biến chênh lệch nhiệt độ nước đại dương thành điện là: sử dụng các chất có điểm sôi thấp làm môi giới như CH3, He… trong máy làm bốc hơi. Do tác dụng của nước biển nóng trên 250C, các chất môi giới này ở trạng thái lỏng sẽ bốc hơi, tạo ra áp lực lớn dưới dạng khí và đi qua đường ống, làm quay máy phát điện. Khí đó tiếp tục đi qua bộ phận ống khí, chất môi giới áp thấp đi vào máy lạnh ngưng kết. Ở trong máy lạnh ngưng kết chứa nước biển dưới sâu có nhiệt độ 50C, khiến cho chất khí môi giới này lạnh đi và qua máy nén, nó trở thành trạng thái lỏng, rồi chất lỏng này trở lại máy bốc hơi và sự tuần hoàn cứ diễn ra liên tục như vậy. Nước biển 50C trong máy lạnh ngưng kết do chất thể khí giảm nhiệt, làm cho nó thu nhiệt, kéo theo làm tăng nhiệt độ thải vào tầng nước biển lên đến 70C. Trong khi đó, nước biển 250C trong máy làm bốc hơi sẽ bị giảm nhiệt độ do cung cấp nhiệt cho bốc hơi, thông qua chất môi giới không ngừng đi qua vòng tuần hoàn đó và làm cho máy phát điện hoạt động.

 

Như vậy, có thể nói, nguồn năng lượng từ biển là rất lớn và sạch không ảnh hưởng đến môi trường. So với các nguồn năng lượng khác như điện hạt nhân, thủy điện…, năng lượng biển có mức đầu tư ít hơn, tính an toàn cao, không cần một bộ máy điều hành lớn và phức tạp.

 

Hiện nay, Hội đồng Khoa học ngành biển và Công nghệ biển nước ta đang triển khai xây dựng dự án điều tra cơ bản đánh giá nguồn năng lượng biển. Việt Nam có bờ biển dài với hàng nghìn đảo lớn nhỏ nên nguồn năng lượng từ sóng biển rất lớn, đặc biệt ở miền Trung và các hải đảo. Theo PGS.TSKH Nguyễn Tác An, nguyên Viện trưởng Viện Hải dương học: “Nếu sóng có độ cao 1m, ở độ dài khoảng 1,8km bờ biển, thì có thể tạo ra một nguồn năng lượng bằng 35.000 mã lực; khi sóng cao 3m thì có thể tạo ra áp lực khoảng 29 tấn/m2 mặt biển”. Các chuyên gia đã tính toán, với điều kiện sóng, gió, địa lý như ở Việt Nam thì năng lượng tạo ra từ sóng biển được xếp vào loại lớn trên thế giới. Vừa qua, một số đảo ở quần đảo Trường Sa đã sử dụng nguồn năng lượng gió để phát điện và theo PGS Nguyễn Tác An thì: “Trước mắt các đảo Trường Sa (Khánh Hòa), Phú Quý (Bình Thuận), Cù Lao Chàm (Quảng Nam), Cồn Cỏ (Quảng Trị), Hòn Mê (Thanh Hóa)... sẽ nghiên cứu để có thể nhập khẩu các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng cỡ nhỏ để dùng cho nhu cầu trên đảo. Các giàn khoan trên biển cũng có thể sử dụng thiết bị trên để phát điện thay cho máy nổ và nếu có hiệu quả sẽ tiến hành triển khai trên diện rộng”.